在抗日战争相持阶段中，对敌人的“囚笼政策”积极发动反击、进攻的百团大战，有力打击了侵华日军的嚣张气焰，打乱了日本侵略者的南进策略，阻止了蒋介石国民政府的妥协投降，推动全国军民的奋勇抗战，提高了八路军、新四军等作战能力。在中国人民抗日战争史和世界人民反法西斯战争史上占有重要的历史地位。1940年9月23日，毛泽东又在《时局与边区问题》中说：“百团大战的估计：是敌我相持阶段中一次更大规模的反‘扫荡’的战略反攻……它有打击了敌人、孤立了顽固派的伟大意义。顽固派不能再说什么游而不击了。”
一是沉重打击了侵华日军军事力量。
大量消灭日军。“百团大战”消灭了侵华日军华北方面军的2万余名有生力量，日军大批枪炮弹药和军需物资被缴获消耗。日军独立混成第四旅团被歼过半，损失惨重；不同程度地打击了日军独立混成第一、第二、第三、第八、第九、第十五、第十六旅团和第三十六、第一一○、 第二十七师团等。削弱日军战斗力，官兵士气低沉，缴获的士兵日记上写道“：八路军天天攻击，早上活着，还不知道晚上怎样”，惶惶不可终日。吓得日军停止了一个大队可以在根据地横冲直撞的局面。
造成日军交通据点全面破坏。华北全境的主要铁路、公路交通被“百团大战”破坏，拔除了交通线上及其两侧的大批日军据点。彻底破坏了正太铁路，多次破坏同蒲铁路北段、平汉铁路北段、津蒲铁路北段和白晋铁路、北宁铁路，迟滞德石铁路和沧石铁路的修筑，等等，使敌人交通运输瘫痪，日军围困、分割抗日根据地的封锁沟、墙、碉堡、据点和公路、通讯设施被破坏“，粉碎了敌人‘囚笼政策’，打破了敌人以‘堡垒主义’来摧毁我抗日根据地、消灭我抗日主力军的企图”。
经济上给日军以致命破坏。日本侵略者妄图以华北作为“后方兵站基地”的经济体系被百团大战破坏，疯狂掠夺我华北资源的情况被改观，阻滞了侵略者对我华北的所谓“经济开发”。如八路军对井陉煤矿的毁灭性破坏，使日军失去了华北最大的产煤基地之一，直接损失上亿日元，等于消灭敌人5个师团的兵力。有力破坏了日军的“以战养战”策略和力图将华北建成扩大侵略战争、建立“大东亚共荣圈”的后方基地的罪恶图谋。
对于百团大战中日军的损失，可以从日军的回忆资料中得到佐证。
《华北方面军作战记录》称：“盘踞华北一带的共军，按照第十八集团军总司令朱德部署的所谓‘百团大战’，于1940年8月20日夜，一齐向我交通线及生产地区（主要为矿山）进行奇袭。特别是山西，其势更猛，在袭击正太路及同蒲路北段警备队的同时，并炸毁和破坏铁路、桥梁及通信设施，使井陉煤矿等的设备遭到彻底破坏。此次袭击，损失甚大，需要长时期和巨款方能恢复。”《华北治安战》则承认：百团大战“取得了奇袭的成功”，“给了华北方面军以极大打击”。尽管日方把百团大战后的“讨伐”、“扫荡”作战吹嘘成是“使共军彻底破灭”的作战，说什么“我军在（1940）年底以前”，对八路军和华北抗日根据地“已大体上予以镇压”；但另一方面又不得不承认百团大战后山西方面的“治安情况”仍然“极为恶劣”，“河北、山东两省的治安也不稳定”。1940年11月28日，日本中国派遣军总司令都派第一课高级参谋真田骧一郎大佐专程回东京汇报百团大战后中国战场的形势。在谈到“目前占据的重要地区治安情况”时，认为“可按蒙疆、长江三角地带、武汉地区、华北顺序排列，华北为最差”。还有认为要确保华北全区治安，确定建设基础，以现有兵力，在国际形势不恶化的情况下，尚需3年时间。
二是打破了日本的战略计划和蒋介石的投敌阴谋。百团大战从战略上讲是搞乱了日本最高当局战略计划。日本急于通过“桐工作”诱使国民政府投降，实现蒋汪“合作”，以便“迅速解决中国事变，在中国战场上拔出泥脚，贯彻实施充实军备——缩减在华的兵力计划，借着德、意法西斯在欧洲战场上的“战绩”，抓住英美无暇东顾的千载难逢的时机实施南进计划，实现独霸亚太地区，组成“大东亚共荣圈”。就在日蒋即将举办最后和谈，实现中国事件和平解决之时，八路军百团大战发动了，直接导致了日本解决中国事件计划的破灭，间接阻滞了南下计划。随着蒋日和谈“桐工作”的失败，日本通过《处理中国事变纲要》，决定“向长期长久战体制转移”，“全部取消了关于对南方行使武力”的内容。百团大战之后，真田骧一郎大佐奉中国派遣军之命回东京，以侵华日军在各占领区的兵力密度和“治安”状况等“周密的数据”向最高当局陈述，要求仍要“维持”72.8万“兵力的状况”。华北方面军提出《关于华北兵力》。认为“华北是解决事变的重点方面”，而“现有兵力密度每一平方公里约只有0.37人”，“多数情况是一个师团差不多分散在200个地点”，“造成了当前及今后的许多困难”。因为为了“迅速恢复”“华北治安”，必须“给华北增加3个师团”。日本最高当局不得不同意中国派遣军“维持兵力现状”的请求，还将华中两个师团调往华北，这样就有力支援了南亚各国的抗日。
同时，百团大战阻挡了国民党政府的妥协投降，挽救了中华民族的沉沦。1940年6月，日本和重庆蒋介石国民政府的代表在澳门达成秘密协议，要在长沙举行坂垣征四郎、蒋介石和汪精卫“高级会谈”。日蒋双方都在为这次会谈做着积极的准备，直到8月26日的时候，国民政府代表仍向日方代表铃木卓尔通报“在8月16日至26日的10天中，知道在重庆的蒋介石等人的意向，没有发生变化。”正是百团大战的胜利捷报不断传到国民政府军事委员会的1940年8月底以前，蒋介石对日媾和谈判的态度开始发生变化，最后终于使日本“桐工作”流产。9月19日，铃木卓尔发电南京告知重庆国民政府决定“日前不应马上召开长沙会谈”。《今井武夫回忆录》说：“根据宋（子良）从重庆回到香港的报告，9月13日至15日在重庆的重要干部会议上，关于满洲问题和日本军部分驻兵问题，如果日华双方意见不能取得一致，那就决定暂时将长沙会谈搁置起来。因此，这项谈判没有迅速进展的希望。”日军可于10月14日命令“桐工作”“根据（1940年6月17日）大陆报令第六七六号的停战谈判，立即停止进行。”正是由于百团大战，加上国际因素，“1940年11月，蒋介石作出重大决定，与英美采取一致行动，反对轴心国侵略”，“今后中国对东京企图通过单独交涉提出的和平条件完全采取冷淡态度”；“随后，国民政府宣言，即使是体面的和平条件，也断然拒绝与日本进行讨论”。对于百团大战对蒋介石决策与日和谈的影响，也可见铃木卓尔1940年9月5日，他在向“总军”的报告中谈到蒋介石对“和平”态度变化的原因时写道：“美国远东政策的加强，英国大使重庆之行以及苏联、中共情势趋于活跃等，致使处于紧急关头的蒋介石举棋不定。”其中的中共情势趋于活跃就是指八路军百团在华北的大破袭。战后日本编修侵华战史时仍然说1940年“8月20日共产军发动的百团大战，被认为是企图阻止重庆政权因欧洲战局德意占优势以及日本的桐工作而产生的动摇。”当然，蒋介石是绝不会承认的。
三是推动了全国各阶层的抗战热情和国民党军队的抗战。百团大战鼓舞了党领导的抗日根据地军民和各个阶层的抗日积极性。根据地广大工人、农民为子弟兵欢欣鼓舞，积极搞好生产，支援前线，更加踊跃把儿女送往抗日前线杀敌；而且根据地的工商业者和开明士绅为之振奋，称赞“八路军是全国坚持抗战的模范军队”，誓与工农大众一起做八路军的坚强后盾。百团大战第二阶段开始后，来自晋冀豫抗日根据地各县的张梦祥等66位士绅，联名致电朱德、彭德怀说：“自七七事变暴敌侵略我国以来，钧座统率八路健儿，转战华北，迄今3年余，歼灭敌寇数10万，恢复国土数万里，使敌寇进攻我西北，灭亡我中华之企图为之粉碎，近更指挥健儿百团，英勇破袭，克服了娘子关，威震全国；予近卫以当头棒喝，予寇兵以空前打击，丰功伟业，较宋之岳武穆，明之戚继光，实更高一筹也。梦祥等此次前来庆祝冀南、太行、北岳联合办事处成立，并参加冀太区生产展览会，适值百团大战第二阶段又胜利展开，欢欣之余，谨代表晋冀豫3000万民众，表示精诚拥护之热忱，并誓作后盾。”10月，延安市商界为响应陕甘宁边区政府“为八路军募捐40万套寒衣代金”的号召，“自动捐献棉衣3000套”，表示庆祝百团大战胜利。还有商人们称赞说：百团大战是有全国意义的大胜仗，“我们在后方的商人理应踊跃捐助，使八路军有棉衣穿，好打更大的胜仗。”
百团大战推动了国民党的抗战。战役发起后，八路军总部接连收到国民政府军事委员会委员长蒋介石、军政部长何应钦、第一战区司令长官卫立煌、第二战区司令长官阎锡山等国民党军政长官的电报，盛赞“百团大战”“不惟予敌寇以致命之打击，且予友军以精神上之鼓舞”（卫立煌电），无不表示“嘉慰实深”（何应钦电）。对于百团大战，开始蒋介石表面上还是积极支持的，下达了“以十八集团军百团大战为法则加强游击战的训令”，要求“各战区应以十八集团军此次在（正）太、同蒲、平汉各路之游击破坏战作为法则，拟定本年9（月）起至12月止之持久计划，加强敌后游击战，专以铁路、公路、水路各交通线与兵站、仓库、飞机场、汽车、汽油机等实施有计划、有组织之长期破坏，在此游击期间，其第一要义，务使敌军不能抽调其在各地区之部队，破坏其10月间秋季攻势，造成于我军有利形势。”与八路军友邻的第一战区卫立煌部，在百团大战鼓舞下，还采取了积极的配合行动。卫立煌部于11日发动攻击。第二战区战况记载：“文日，我二十七军主力向晋城猛攻，于元日曾一度攻入城内，干于东日，百官村（晋城城东北）之敌被该军歼灭过半。第九军连日猛攻博晋公路沿线之敌，并以有力部队由无井关突越公路，向晋城以西南猛攻中。长（治）高（平）之敌真是经我九三军猛攻窜入城内，并袭破太义镇（高平东北）敌粮弹车50余辆。”“第十师于文夜已将阳城西南近郊外围各据点攻占。”“十五军于文夜攻占西三涧后，此刻正与敌在郇王（绛县东北）附近激战中”，“张茅沿线之敌被我第四集团军不断派队袭击破坏，并以另一部进出水头镇至运城间，企图截断同蒲路及威胁安运之敌飞机场”。据中央社9月13日报道：“我军密布于同蒲（路）两侧，向铁路线夹攻，敌军交通已难确保。活跃于（晋南）三角地之我军，近在闻喜、夏县以东傅家斜各处纵横扫荡，斩获数百，对张矛大道之机，更以神速行动，予以果敢之歼灭。临汾东侧浮山、翼城之线战况亦烈。”“白晋（路）南段我军在沁阳以北屡获战果。11日晨一举攻入栏车镇（沁阳北），歼敌全部，同时，将水奎、黄道头、犁川镇各据点，先后收复。我乃乘胜利余威，勇猛北进，12日晨，我军以炽盛炮火，向晋城猛扑，当即逼近城郊，在城东北展开剧烈歼灭战，一度由东北角冲入城内，敌死伤甚众。”
对于国民党军队的配合，刘伯承说，最近在晋南以及中条山一带的中央军，在卫司令长官英明指挥下，积极出动，一致配合作战，消息传来，令人感奋不已。但是国民党这种配合是十分有限的，9月25日，卫立煌根据八路军第一阶段攻势已经结束的情况，下令主攻晋城的部队停止攻击。9月27日，蒋介石也根据八路军第一阶段攻势结束的情况，提出晋南、晋西部队无需单独作战，该方面即行停止攻击。阎锡山25日全面出击的作战部署未及全面实施即作废。但是蒋介石后来出于反共的需要，在10月间严厉命令国民党统治区的一切报纸刊物不准刊载“百团大战”消息和报道，但已经发过嘉奖令，蒋介石是阻挡不住全国爱国民众对百团大战的颂扬的。