百团大战从8月20日开始至12月5日止，历时3个半月，先后进行了两个阶段，尔后进行了反“扫荡”作战。
百团大战创造了极其辉煌的结果。先后共进行大小战斗1824次，毙伤日、伪军2.5万余人（内有日军大队长以上军官18人）；俘虏日军281人、伪军1.8万余人；日军投降桥梁47座、火车站37个、隧道11个和大量铁轨、枕木。缴获各种枪支共5800余支（挺），各种炮53门，各种炮弹37万余发。此外还破坏和缴获大批军用物资。
在百团大战中，八路军也付出了极大代价，共计伤亡1.7万余人。
百团大战的重大胜利，不仅大大增强和鼓舞了全中国人民夺取抗战胜利的坚强信心，稳定了中国的战局，而且沉重地打击了日本侵略军急于早日“结束”中日战争，以便抽出陷于中国战场的日军主力，北对苏联、南攻英美的战略计划，为争取第二次世界大战东方战场的有利局势，为世界反法西斯战争取得
“它牵制了敌人进攻我大西北后方及进攻西南的企图……打破了敌人对付我抗日根据地的‘囚笼政策’……严重地打击了敌人的‘以战养战’的阴谋……”
彭德怀副总司令在对《新华日报》记者谈话中也指出：
“这一次百团大战的胜利，不仅打击了敌寇军事上的正面进攻、窥视西北，尚且打击了敌寇政治上的阴谋诱降，使敌‘解决中国事变’的企图，在我铁拳打击之下受到严重困难，因此敌国内的矛盾将继续激化起来……这些情形也将使敌寇实行南进政策时遇到更多的困难。”
就连日本侵略者自己也不得不承认他们遭到了惨重打击，说：
“共军乘其势力的显著增强，突然发动的‘百团大战’，给了华北方面军以极大打击。遭受共军‘百团攻势’的日军，从各地的兵团直到各军、方面军，均由痛苦的经验中取得了宝贵的教训，改变了对共产党的认识。”
百团大战的胜利，在国际上也引起了震动。苏联《红星报》评论说：
“华北之中国军队，目前正在山西省进行主动性之作战。第八路军正展开大规模之攻势。游击战在山东省与北平附近亦正趋于激化，中国人民……始终表现高度之民气，对自身力量具有信念。中国人民为自由独立，争取最后胜利而战，依然表现最大之决心而不能动摇。”
美国合众社等驻北平记者冲破日军的严密封锁，向国际上连续报道了百团大战的消息。美国著名记者史沫特莱对百团大战作了如下的描述：
“整个华北地区，从晋北山区到东海岸，从南面的黄河到北面的长城，都成了战场，战斗日以继夜，一连厮杀了5个月。一百团人打击了敌人的整个经济、交通线和封锁网，战斗是炽烈而无情的。敌人占有的煤矿、电厂、铁路、桥梁、公路、车辆和电讯都遭到破坏。”对于这次战役战略决策、战术打法，朱德、刘伯承、聂荣臻都曾有过十分客观而全面的评价：在中共七大上，朱德、刘伯承对百团大战就有评价。朱德说：
“华北抗战一般地执行了中共中央的战略方针……至于百团大战，在战术上是有成绩的，部队打仗也打得好。问题在于当时我们的力量还不足以单独战胜敌人。在敌人进攻，我们防御以至退却的时候，却用我们的力量去阻止敌人的进攻，成了攻势防御，这一点是错了。另外，在百团大战中有几个比较小的战斗带有攻坚性质或正面防御性质，这也是不该打的。”
刘伯承则总结了军事上的教训，他认为作战中轻视了日军的技术——铁路技术和技术装备，表现在战术指导上，较多地采用阵地战甚至是阵地防御战的形式，脱离了八路军当时的条件，招致了不必要的损失。他说，这一个教训是应该记取的。这种善意的军事家式的批评只能有助于多打胜仗。
聂荣臻则在他的回忆录中说：
“当然，这个大规模的战役，事后看也是有教训的。这些年来，对这个战役的评价，曾出现过不同的意见。我的看法是，战果是巨大的，总的来说是应该肯定的。但是，胜利之中也有比较大的欠缺和问题。”“震惊中外的这场大规模战役，距今已过去40多年了。今天，从它在抗日战争历史上所起的作用来估量，我认为，这次大战是不应该否定的。当然，在肯定的前提下，也有教训。辉煌的胜利和存在的问题，这两个方面，都不应该被我们所遗忘。”