原來，黃土嶺在銀坊以東二十裏，沿途有梁村、司各莊、孫莊子、長相溝數村。過了黃土嶺，又有上莊子、寨坨數村，沿途也是兩山夾峙，將一條大路擠在穀底。楊成武當日與聶榮臻議過後，便決定先派偏師一支，由遊擊隊輔助，投敵來路，麻雀鬧林，廣布疑兵。待日軍進至白石口，便依情勢，或戰或走，將敵誘至銀坊。又再布疑陣，誘敵進兵黃土嶺。卻將五個主力團、一個炮兵營，暗伏黃土嶺前、後、左、右，布成袋陣，待敵入甕。
阿部規秀率軍向東，見兩山夾峙，道路險峻，先緩緩而進，於路並無動靜。十一月七日，前鋒過了黃土嶺，進至上莊子，距關口寨坨隻一程。此時天降小雨，群山朦朧，皆被雨霧籠罩，白茫茫一片。阿部率軍急進，正思為何不見八路蹤跡時，雨霧中忽槍聲大作，手榴彈、迫擊炮彈直落陣前，密如冰雹。穀中立時火光閃閃，爆炸聲驚天動地。
日軍在穀底驟遭突襲，雨霧中視線不清，前軍後退，後軍前擁，人馬相踐，亂成一團，折損無數。正亂時，八路軍大隊人馬，雨霧中撲下山頭，如飛殺進溝底，將日軍行軍縱隊截成無數截，皆幾個敵一個，刺刀亂捅，大刀亂砍，槍托亂砸。混戰至晚，日軍一千五百人，早折去六七成。餘下三四成，護住阿部規秀，退往一處高地。八路軍大隊人馬追蹤而至，四麵圍定，架炮急攻。混亂中，一炮落在阿部身前，煙塵起處，阿部被炸成一團肉醬，皇軍之花，就此在黃土嶺凋謝。
日軍新任華北方麵軍司令官多田駿得報第二混成旅在黃土嶺被圍，阿部規秀戰死，急派飛機空投彈藥並幾名指揮官，助殘軍固守。又遣大軍，分從靈丘、淶源、唐縣、易縣、滿城五路赴援。楊成武得報日軍分五路而來，恐被包圍，便主動撤圍，率軍跳至外線。
雁宿崖、黃土嶺戰役前後，八路軍第三八六旅，以陳賡為將，曾於1939年2月上旬進行香城固戰鬥，在冀南斃敵200，俘敵8名，繳炮四門；第一二○師以賀龍為將，曾於1939年4月下旬進行齊會戰鬥，在冀中殲敵700，生俘7人；第一一五師以羅榮桓為將，曾於1939年5月上旬進行陸房戰鬥，在山東殲敵1300人；晉察冀軍區部隊以聶榮臻為將，曾於1939年5月下旬進行大龍華戰鬥，在河北殲敵400，第三五九旅以王震為將，曾於1939年5月進行上下細腰澗戰鬥，在山西殲敵500；第一二○師於1939年9月下旬，在陳莊殲敵1200人，繳槍500支；第一二九師以劉伯承為將，於1940年5月發動白晉戰役，在山西殲敵350人，炸毀橋梁五十座。
自1938年6月至1941年5月，三年時間，八路軍作戰萬餘次，殲敵十餘萬，繳獲槍炮不計其數。八路軍正規部隊，亦在1940年增至四十萬人。
自1938年10月武漢失守，日本停止全麵戰略進攻，將重兵移往後方，重點掃蕩華北各八路軍根據地。1940年春，又因宜昌失守，日軍集中轟炸重慶，國民政府內部主和勢力活躍。華北八路軍愈覺戰略環境惡化，責任重大。八路軍副總司令彭德懷時在太行山八路軍總部，心憂戰局，與劉伯承、聶榮臻並八路軍副總參謀長左權諸將議道：“日軍自武漢失守後，集中進攻八路軍，實行囚籠政策，以鐵路為柱，公路為鏈，碉堡為鎖。企圖困死我軍。然日軍雖凶，兵力並不多。”
然後屈指計算，約略說明，華北日軍三支軍合十個整師、十四個整旅，計二十五萬人，算來四萬平方公裏駐一師，六百平方公裏駐一連，一平方公裏駐兵不到一人。我華北八路軍有正規軍四十萬，民兵遊擊隊加倍，且散在華北各地，實際已將日軍各據點團團包圍。若一齊出擊，不但可打破日軍囚籠政策，振奮人心，挫敗重慶主和派，且可提高八路軍威望，擴大根據地。
諸將表示讚成。便議細節，是從晉察冀軍區抽十個團，第一二九師抽八個團，第一二○師抽六個團，三支軍合二十二個團，一齊出擊，破襲日軍華北鐵路交通線，以正太路為重點。
計議已畢，各將密調參戰兵力，補齊糧彈，利用青紗帳掩護，開赴戰區。八月二十日，發起戰鬥。八路軍各團乘夜出擊，或圍攻據點，或扒毀鐵路，或炸工廠礦山。日軍所據正太、同蒲、平漢各鐵路線，數千裏地，日夜槍聲不絕，火光衝天。
激戰二十日，正太鐵路沿線軌道皆被拆除，橋梁多被炸毀，水塔、堡壘、站房、倉庫、廠礦，亦在爆炸聲中變成廢墟。其餘各鐵路、公路亦被破壞。九月二十日，戰役進入第二階段。八路軍總部下令擴大戰果。各根據地部隊紛紛自動參戰。
第二階段戰役到十月上旬結束。參戰部隊相繼進行淶靈戰役、榆遼戰役，破壞鐵路、公路多處，同蒲路、平漢路皆成為破襲重點。十月六日，日將多田駿調華北日軍反撲，又從華中調兵增援，分路掃蕩根據地。八路軍百餘團又投入反掃蕩作戰。
總計百團大戰，自1940年8月20日開始，到1941年1月24日止，曆時5個月。八路軍參戰部隊計105個團，合40萬人。另有民兵20萬助戰。共進行大小戰鬥1800多次，斃傷日軍2萬餘人，偽軍5000餘人；俘日軍2800餘人，偽軍18000餘人。拔除日、偽據點2900多個。破壞鐵路940餘裏、公路3000餘裏、橋梁200餘座、火車站37個、隧道11條、煤礦11個、倉庫11座；繳獲各種炮53門，各種槍5800餘支（挺），其餘機器、設備並各種物資，皆堆積如山，不計其數。八路軍亦傷亡17000餘人。
消息傳出，震動海內外，祝捷賀電雪片般飛向延安與太行山八路軍總部。日軍震驚於華北交通線破壞程度，尤對正太路被徹底摧毀痛心疾首。更震驚八路軍實力增長。日將多田駿到正太路視察現場，見正太路沿線鐵軌枕木皆被拆除搬走，幾隻剩下路基，橋梁、隧道、水塔、車站，皆被炸平，成為廢墟。路旁井陘煤礦，機器被運走，礦井被水淹沒，半年不能恢複生產。大發感慨，稱百團大戰是挖心戰，令華北日軍須以每年8月20日為挖心戰紀念日，記住慘痛教訓。