20日 晋察冀军区、第129师、第120师按照总部部署，于本日夜分别对敌发起攻击，破击正太铁路战役开始。战役发起后，参战兵力增至105个团，故称百团大战。自本日至9月10日为战役第1阶段，对敌占华北之交通线实施总破击，重点破击正太铁路。

　　△ 总部、野战政治部发出关于加强游击队组织和开展敌占区工作的指示，指出以破击正太铁路为主的战役计划已开始，为保障该战役胜利后继续开展工作，应着重加强游击队的组织，派得力军政干部领导，认真培养地方干部，准备在敌占区长期生根，坚决缩小敌占区，经常危害敌人交通。只有开展敌占区内之游击战，才能巩固基本根据地，也才能做好对日伪军的工作。要求在战役计划完成后转移主力作战时，沿正太铁路南北、同蒲铁路东西，应留置各团侦察连交各军分区指挥，并对侦察连提出5点注意事项。

　　△ 决死队第3纵队政治委员董天知在潞城县王家庄作战中牺牲。

　　21日 晋察冀军区第1军分区3团于百团大战中，在进攻井陉煤矿东王舍火车站时，救出两名日本幼女，聂荣臻指定专人照顾她们，并亲笔致函日军官兵，阐明八路军革命的人道主义立场，谴责日本帝国主义的侵略罪行，号召日本士兵和人民起来反对日本军阀发动的不义战争。随后派人将信和两名幼女送交日方。

　　23日 总部和野战政治部致电晋察冀军区、第120师、第129师，对参加百团大战各部队在各交通线上、特别是在正太铁路线上已取得序战之胜利，予以嘉奖。要求全体将士发挥最大之决心毅力，以再接再厉之精神，在现有序战胜利之基础上，猛烈扩张战果，完成战役任务。

　　△ 野战政治部作出关于目前建军中青年工作的决定，指出教育青年发扬其积极性、活泼性，以保证部队各种任务的完成，是青年工作的总任务。并对连队青年组织形式、青年教育原则和教材、青年干部的提拔使用和培养、创造模范青年以及青年工作方式等，提出具体要求。

　　24日 总部向晋察冀军区、第120师、第129师发出指示，指出百团大战首先在正太铁路线上，应坚持贯彻作战决心，尽量争取时间之延长，能坚持半个月的破击时间，可取得可观之战绩;各线配合作战部队亦应延长时间，保证正太铁路破击继续发展胜利。并指出辽县、和顺地区的敌情似无新的变化，第129师的总预备队仍应向有利地段加强破击。

　　△ 总部发出关于加强抗日民族统一战线工作的指示，要求各部队根据中共中央指示，对于自己周围的友军部队，不论大小，不论以前和现在有无冲突，不论其与敌人有无勾结，都应设法经过直接或间接的关系派人去进行联络工作。要教育全军努力争取200万友军继续团结抗战，反对对友军的傲慢冷淡，规定帮助友军的具体办法。但在开展抗日民族统一战线工作中，要加强阶级教育，提高警觉性，努力巩固部队。

　　△ 刘伯承、邓小平向陈赓、陈锡联等发出指示，指出现正太铁路西段敌据点大部已经夺取，保障了序战的胜利。今后任务在于彻底摧毁铁路、桥梁、隧道、车站及一切技术设施，尽力搬运资材，使敌无法修复，并继续扩张战果。同时对继续破击、扩张战果作出具体部署，指定左、右翼破击队统归陈赓指挥，总预备队由师直接指挥，并限于25日夜移动完毕。

　　25日 总部、野战政治部联合组织战地工作巡视团，由野战政治部组织部部长周桓为团长，总部军政处处长阎揆要为副团长，于本日出发，先后到冀南、山东巡视部队工作，帮助新部队建设，研究与整理军事政治工作经验。

　　26日 总部发出关于破击正太铁路战役第2步行动方针和部署的命令，指出在正太铁路不能继续坚持作战或已彻底完成破击正太铁路战役任务的情况下，第2步的行动方针应是乘胜开展正太铁路两侧之战斗，力求收复敌深入各该抗日根据地内之某些据点，继续坚持正太铁路沿线之游击战，缩小敌占区，扩大战果。并对晋察冀军区、第120师、第129师第2步作战分别作出具体部署，指出目前可向指定区域进行准备工作，但不要松懈现有任务之执行。