震惊中外的百团大战历时3个半月，对抗日战争产生了重大影响，在战争史上留下了辉煌的一页。
百团大战，八路军在地方武装和广大人民群众的积极配合下，严重破袭了日本侵略军在华北的主要交通线，其中破坏铁路474公里，公路1500多公里、桥梁和隧道260多处，正太铁路停运达1个多月之久，同蒲铁路北段两次被切断，平汉、津浦、北宁等铁路也遭到不同程度的破坏，拔除了日本侵略军的据点，歼灭了大量日伪军，充分表现出了华北军民齐心协力，不屈不挠，同日本侵略者浴血奋战的精神。
当希特勒法西斯的闪电战在欧洲战场上连连得逞，反动气焰极为嚣张时，中国抗日战争的敌后战场，却出现了八路军百团官兵大战日本侵略者的奇迹，使日本侵略军遭到重大损失。百团大战中，我军毙伤日军2万余人，自己伤亡1.8万余人，敌我伤亡为1.1：1.在参战兵力大体相当的情况下，劣势装备的八路军进攻优势装备的日伪军而取得如此战绩，这在战争史上是罕见的。
这组数据也反映了八路军在战争中发展壮大的历史里程。
百团大战，震慑了日本侵略军，推迟了日军南进的步伐，敌后战场牵制了大量侵华日军。百团大战之后，在各地人民钦佩和慰问八路军的欢呼声中，法西斯罪魁东条英机却在日本贵族院和众议院哀叹：“昭和十五年度（即1940年），敌人（指国民党）迄未进行主力的反攻，只有共产军于去年在华北举行大规模的出击。”
百团大战，震慑了国民党顽固派。百团大战是在抗日战争处于困难时期取得的重大胜利。1940年秋，八路军在华北抗日根据地同日本侵略军浴血奋战的艰难时刻，国民党顽固派却从1940年10月起发动了第二次反共高潮，制造了震惊中外的“皖南事变”。毛泽东、朱德、王稼祥全局运筹，于1940年12月22日联名致电彭德怀，提出“百团大战对外不要宣告结束，蒋介石正发动反共新高潮，我们当尚须利用百团大战的声势去反对他”。从这份电报中可以看出，毛泽东把百团大战看作是反对国民党顽固派的一种巨大“声势”，这种在战场上生死搏斗造成的“声势”，是其他力量无法比拟的，是反动势力最害怕的。
蒋介石表面上对八路军的胜利表示欢迎，在9月中旬发出嘉勉电中，称：“朱副长官（第二战区）、彭副总司令：送电均悉，贵部窥破好机，断然出击，予敌甚大打击，特电嘉勉。除电饬其他各战区积极出击，以策应贵军作战外，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！”可是，蒋介石暗地里却于1940年10月20日发出密电，称：“近来报上常有记载‘百团大战’字样，如19日新华日报所载晋西通讯即载此事，此项名词及有关之新闻以后应绝对禁止登载，希即饬遵。”可见，蒋介石对百团大战已经到恐惧的程度。百团大战，鼓舞了抗日军民的士气。八路军在抗日根据地打击日军的胜利消息传开以后，抗日军民欢欣鼓舞。抗日救亡组织和群众团体纷纷举行祝捷会和庆功会，一些报社、电台相继发表社论，祝贺八路军取得的胜利。这一胜利，增强了抗日军民战胜困难的信心，表明了中国共产党及其领导的军队，是抗日的中流砥柱。
百团大战，在国际上也引起了震动。苏联《红星报》发表评论，指出：“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……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。”美国著名记者史沫特莱写出了很有文采的报道，其中说：“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，战斗夜以继日，一连厮杀了5个月。一百团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。”
百团大战，不仅取得了军事上的重大胜利，也取得了政治上的重大胜利。