激战狮垴山。狮垴山雄踞于阳泉西南。地理位置重要，地势险要，山下有经阳泉通往榆次、太原的正太铁路，控制这一要地，可以防止日军由平定、辽县一线调集兵力支援正太铁路，又可以堵住阳泉日军抽兵解救正太路西段被各个攻击的分散据点。第一二九师参谋长李达根据刘伯承、邓小平的指示布防。将师的主要打击力量一总预备队的3个团，布置在阳泉以南和西南的苇池村、天华池线，决定以第三八五旅之第七六九团攻占并坚守狮垴山。开始时间8月20日拂晓。八路军迅速占领了狮垴山。后陈锡联率第三八五旅指挥所也登上山，与老九团的指挥所驻扎一起，指挥作战。参战日军独立混成第四旅团司令部、独立步兵第十五大队大队部及其直属队等约800人。8月20日八路军大破袭开始，日军不知所措。第三八五旅和第七六九团的领导人，他们奋勇杀敌，视死如归，多次打击进攻日军。但日军为了打通榆次太原路，拼命进攻。老九团传达了朱、彭、左、罗、陆等八路军总部和野战军领导发出的坚决阻滞敌军向正太路增援的指示，极大地鼓舞了指战员。李达回忆说“：这个战斗充分说明了我军不但攻如猛虎，而且守如泰山，大煞了‘赫赫皇军’的威风。”
攻占康家会。康家会位于忻（县）静（乐）公路线上，是重要据点和重要粮站。八路军第一二○师张宗逊为旅长的第三五八旅两个连，为了配合正太路大破袭战。向驻守日军——独立混成旅第九旅独立步兵第三十九大队发动攻击。8月20日夜。由一个连攻击村里的碉堡；一个连以主要兵力攻击附近山坡上的碉堡，另一部分破击村西头的公路，封锁逃路。夜半时攻击开始了。山坡上碉堡里的日军以机关枪和掷弹筒拼命抗击，部队顽强冲锋，手榴弹一颗接一颗地向山坡上的碉堡投去，终于炸掉机关枪。在村里担任攻击的连队，受到碉堡守敌机枪和掷弹筒的威胁。后来一个战士爬上碉堡旁边的房顶，将一颗手榴弹投到碉堡里，炸坏机枪和掷弹简。冲锋号声响后两个连的战士冲出工事冲进碉堡，消灭了日本兵，活捉了两名俘虏，完全占领了康家会。截断了忻（县）静（乐）公路。
其中，晋察冀军区在攻取井陉煤矿中，发生了八路军救下日本小姑娘的事情。加藤夫妇遗下了五六岁和一岁两个女孩子，被三团一营的战士们从战火中救了出来抱到纵队司令部。杨成武先安排给她们吃饭、包扎伤口，接着派人送到晋察冀军区前线指挥部。聂荣臻司令员收下了她们，为了使这两个女孩得到其亲属的抚养，聂荣臻决定将她们交给日方转送回日本国内。太行山当时没有先进的交通工具，聂荣臻找了一位可靠的农民，要他用一副挑子担上两个女孩子送往石家庄，并给日本官兵写了一封信。1980年，中国报纸发表了《日本小姑娘，你在哪里》的文 章，在日本引起很大轰动。那个大女孩叫美穗子，找到时已经成了3个孩子的妈妈。后来她带着全家访问中国，当面致谢聂荣臻元帅。
百团大战第一阶段胜利结束后，八路军总部要求各参战部队，指定地区集结休整，整顿，奖励，作伤亡登记。召开会议，检讨战役第一阶段军事、政治工作的经验教训。只有一部兵力利用各种机会，对敌人的薄弱部分继续保持破袭游击。晋察冀军区根据各破击纵队上报的材料，从攻坚、爆破、破路、追击、保密、利用地形地物、节省弹药、战场扫除、对民兵的领导、干部素质、注意战斗间隙休整部队、军需供应、兵站运输和发挥战地动员委员作用等14个方面，对战役第一阶段进行了全面总结。聂荣臻在向八路军总部的报告中，总结得十分详细，要点是：攻坚战斗前后都必须对敌情、地形及其他条件有周密确切的侦察。对敌碉堡工事及各种障碍物的通过与击破，均须有充分准备与破坏方法。袭击是攻坚的最好手段。袭击不成或敌已有准备时，我攻击时间应选在黄昏。用袭击手段攻坚，隐蔽地接敌至最近距离，突然以短兵解决战斗，是攻坚最好的手段。以自己继续不断的新的有生力量进行冲锋。当屡攻不成，应集结主力于机动位置，寻求与开展新的攻击。高度的顽强性是攻坚非常重要的保证。
第一二九师的特点是重视发动干部、战士层层总结战斗经验。召开干部会和军人大会，整理战役第一阶段军事政治工作经验教训，作出战斗详报；登记有功人员，以便嘉奖；登记伤亡人员，作出统计表；并规定陈赓集团的材料，由下到该集团做协助工作的李达参谋长带回 师部 ；右翼破击队的材料由新十旅旅长范子侠、政委赖际发派人直接送师部。刘、邓对各部队上报的作战材料都仔细阅读，认真研究。在自下而上层层总结的基础上，9月20日， 第一二九师召开干部会议，刘伯承作《一二九师参加百团大战第一战役的总结报告》，刘伯承总结了5条经验：一是破坏的范围要宽大，但应有步骤和明确分工。二是大小破击要配合，灵活运用。三是部队注重战斗，民众注重劳力，要很好结合；破路要破运结合；关心参战民众生活安全；四是要讲究方法；五是破坏要彻底。指挥上，刘伯承首先要求指挥员必须记住任务、敌情、友军、时间、地形。
政治工作经验也很丰富。八路军野战政治部副主任陆定一写的《百团大战第一阶段正太西段战时政治工作总结》总结了一二九师的政治工作的经验。包括明确目标任务，鼓动士气，预先设计困难，给以充分准备，顽强坚持，战后奖励等等。同时，也指出战役第一阶段政治工作的主要教训，战前对敌占区的政策缺乏应有的深刻研究；后勤部门的政治工作准备不足；破击期间部队转移时政治工作中的给养缺乏，纪律松懈，没有做到“在最困难的时候，政治工作要最紧张”的要求，胜利后放松政治工作，个别攻击部队出现混乱现象等。
在第一阶段的军事工作和政治工作的经验教训，给后面的战斗予以借鉴。八路军各部队的指战员和参战民众，通过休整期间总结，更加统一认识，信心高涨。
2．百团大战第一阶段的庆祝胜利
新华社公布“八路军展开百团大战”后，全国各地都在以多种方式庆祝“百团大战”的胜利，都为这一伟大胜利激动不已。
毛泽东和党中央肯定表扬百团大战。主管军事的毛泽东在看到八路军总部发向延安的第一批战报时即致电彭德怀：“百团大战真是令人兴奋，像这样的战斗是否还可组织一两次？”8月30月，中共中央机关报《新中华报》社论也指出：“正当着国际形势大变动，日寇乘机企图迅速解决中国事件，先进行过宜枣战役的进攻，接着封锁我西南国际交通，并企图进攻洛阳、西安以切断西北之中苏交通，同时大规模轰炸我行都重庆，加紧政治分化与逼我投降的时候，正当着日寇在华北敌后，加紧筑碉堡、修路封锁河川，破坏我根据地的人力财力物力而推行其治安肃正计划的时候；正当我国抗战到了第四个年头，投降妥协的危险困难空前增加的时候，我在华北之八路军主力，以百团精兵于8月20日20时同时从多方面大举向华北敌寇的大动脉同蒲、正太、白晋、平汉、北宁、平绥、津浦等各铁路及华北所有各公路以及其周围之各据点，进行空前未有的大规模战役进攻（不是战略进攻），这对中国抗战有极重大的意义。这一百团精兵的反扫荡是完全由我方在敌后主动发起的大规模的战役进攻，这在抗战3年来还是空前的创举，特别发生于目前的形势下，它更将写成中国抗战史上光辉的一页。就在世界战史，在游击战争中，进行这样大规模的主动的进攻战况也属前所未有。在今天从德国战胜法国、意军占领索马里兰以后，这样的百团大战在全世界陆战上，都还是最大的事情。毫无疑义的，它将引起全中国以及全世界的注意。”9月10日，中共中央发出的《关于时局趋势的指示》，肯定“我党50万大军积极行动于敌后（尤其是此次华北百团大战役），则给了日寇以深重的打击，给了全国人民以无穷的希望”。
举行各种庆祝活动。在延安，对于每一期《新中华报》上刊登的“百团大战要报”，人民都加以关注。街头巷尾贴满了庆祝百团大战胜利的各色标语。1940年9月11日，在毛泽东主持召开的政治局会议上，根据李富春提议，讨论了庆祝百团大战胜利的问题。召开纪念九一八事变9周年、庆祝八路军百团大战胜利大会，并且9月20日全城放假。青年体育场主席台前悬挂着百团大战的领导者朱德、彭德怀、贺龙、聂荣臻、刘伯承等的画像，还挂着—幅《百团大战形势图》和一张《百团大战战绩初步统计表》。大家欢呼胜利，庆祝难得的大胜利。中共中央、西北局、边区政府的领导同志都亲自参加。陕甘宁边区政府副主席高自立致开会词、八路军政治部主任王稼祥在大会上讲活。“对敌后抗战来说，我们反攻了敌人，收复了失地，振奋了华北的人民，使青天白日满地红的国旗插在已经沦亡了的国土上！我们摧毁了敌人的据点，扩大了我们的根据地，锻炼了八路军。”“对全国抗战的影响来说，日寇正企图早日结束中国战，实行南进政策，目前正在准备大举进攻我大后方。百团大战的胜利，打击了日寇的侵略企图，打击了我国某些人士的悲观失望情绪，大大地振奋了全国人民，使大家知道抗战胜利是有把握的！”“百团大战第一阶段已经得到很多的胜利了，从今天起，百团大战第二阶段开始了。我们要巩固已得的胜利，扩大已得的胜利！”朱德介绍说：“这次大战，还没有包括八路军的全部，山东方面的部队还没有参加，参加的只是在冀察晋绥的八路军和决死队，一共105个团。这次进攻的主要目标是正太、同蒲、平汉、津浦四条铁路和许多公路。8月20日夜间8点钟，这105个团一起向敌人出击。这样整齐的步伐，在八路军也还算是第一次。各地方都打起来了，敌人还不知道，弄得惊慌失措。这说明我们的军事技术还相当高，105个团运动着，敌人一点也未察觉。这次的战役反攻，获得成绩最大的是正太路，正太路差不多完全给我们破坏了。尤其是井陉煤矿，被我们彻底毁坏了，敌人损失奇重，全部说来，敌人至少要损失数千万元。破坏了的铁路至少要等两个月甚至半年之后才能修筑起来。自然，获得这些成绩，代价是相当高的，我们伤亡了很多同志，我们要纪念他们，学习他们。”“这次百团大战，对全国抗战有伟大的意义。敌人在这时候，正想早日结束中日战争，占领安南、荷属东印度等地，实行南进政策。为了压迫中国投降，它最近正准备进攻昆明、西安，特别是重庆。我们发动了百团大战，使它不能不抽调部队到华北去，今后还要抽调的。”“百团大战至少是延缓了敌人进攻我大后方的计划。”大会还一致通过了筹备会起草的3份通电《致国民政府军事委员会电》、《致朱彭总副司令电》、《致东北抗日联军电》。在华北敌后各抗日根据地，军队和老百姓都热烈庆祝“百团大战”
第一阶段的胜利。彭德怀对《新华日报》（华北版）记者发表谈话。杨尚昆、左权、聂荣臻、刘伯承、贺龙等领导同志，也通过各种途径介绍百团大战，前一周即由9月10日至17日为宣传周，“在华北各地进行普遍的统一的庆祝运动”。
百团大战在国民党也引起了轰动。一直谋求和谈的蒋介石虽然对共产党领导的八路军恨之入骨，但是在全国人民民意面前，也不得不在9月11日发了嘉奖电。蒋介石的电报称：“朱副司令长官、彭副司令：迭电均悉。贵部窥此时机，断然出击，切断华北交通，予敌甚大打击，特电嘉奖。除电饬其他各战区积极出击，以策应贵部作战外，仍希速饬所部，积极行动，勿予敌喘息机会，彻底断绝其交通为要。中正”
国民党方面也有认同八路军的做法，对百团大战进行宣传表扬。尤其在大后方也不乏赞扬的媒体。9月5日，周恩来自重庆致电中共中央书记处说：“华北百团大战是一件振奋人心的大事，我们在此到处鼓吹，连日报纸登大新闻，大公、新蜀、新民、国民公论发表我的讲话，今日《大公报》、《新蜀报》社论称赞华北八路军战绩。”《新蜀报》的社论说：“我们远处大后方，对此次英勇伟大的攻击战争，所得的消息，不过是事实的万一。我们可以不难想到，这次持续如斯之久、范围如斯之广大的敌后游击战争，是怎样壮烈而雄伟。我数十万将士驰驶北方原野。我们每天看到如雪片飞来的条条捷报，真是要兴奋得流泪。”国民党里还有积极配合百团大战进行抗战的。如第一战区司令长官卫立煌在8月25日，就给朱德发去了庆祝电：“查敌寇陆续增兵，企图‘扫荡华北’，截断我西北国际交通，兄等抽调劲旅，给以当头痛击，粉碎其阴谋毒计，至深佩慰！除已饬各部迅速动作，配合贵部作战，完成兄等歼敌大计外，特电奉复。”8月28日，卫立煌又说：“贵部发动百团大战，不惟予敌寇以致命之打击，且予友军以精神上之鼓舞。我××部队配合贵集团军于×日开始向当地顽敌袭击，除饬加紧动作策应牵制外，敬复。”
全国上下，只要获得百团大战胜利的信息，无不为之激动兴奋。可见国人对日寇之恨，对胜利之渴望。
（二）第二阶段继续向敌进攻，扩大战果，但没完全完成战斗任务（9月22日—10月上旬）