抗战1940年百团大战的后期，更严重的是，日军修复交通线的能力大大出乎了八路军方面的预料。日军在抢修交通线后，于十月六日起开始，对正太路两侧以及八路军抗日根据地发动了大规模的报复性扫荡。八路军立即转入百团大战的第三阶段作战，即反扫荡作战。
八路军的反扫荡作战持续了四十多天。这一期间，八路军和抗日根据地的民众与日军展开了殊死战斗，日军付出了伤亡代价，八路军和抗日民众也伤亡惨重。
特别是日军为“摧毁共军生存条件”而实行的“三光”政策，使抗日根据地受到巨大的摧残：日军进入根据地“见人就杀，见东西就抢，见房屋就烧。和顺县石拐镇先后被烧了五次，村庄成为一片焦土；在平西马家庄，日军将百姓逼到一所大房子里，一把火烧死二百九十多人。
仅太岳区沁源一个县，就有五千男女老幼被日军残杀，在沁源县城，仅姚家院一处就烧死一百三十七人；在韩洪镇，日军把从山中搜出的躲藏群众四百多人集中到龙王庙内，一齐烧死”。
鉴于日军已经进入到根据地，八路军依据“敌进我退”的游击战术，转至日军占领区进行袭扰，继续打击日军恢复的据点和交通线。
一九四一年一月二十四日，日军全面撤退。
历时五个多月的百团大战正式结束。
百团大战沉重打击了侵华日军对抗日根据地实施的“囚笼政策”，致使日军在整个华北的交通线遭到严重破坏，能源基地被彻底捣毁，主要大的碉堡和据点均被削平，大量的有生力量被歼灭。
日军战史记载：“昭和十五年度（一九四〇年），华北方面军的伤亡总数为，战死五千四百五十六名，负伤一万二千三百八十六名。”
更为重要的是，百团大战发生在中国抗战进程危机四伏的“一刹那”，中国共产党以自己领导的武装力量的决绝作战，“无情地打击了一切诱降劝降的阴谋毒计，揭穿了一切投降妥协分子，反共反八路军之内战制造者的鬼脸，以无限的鼓舞，兴奋了广大抗日军民，坚定了他们抗战胜利的信心，争取了时局的好转。因此百团大战的意义，不仅取得军事上之伟大胜利，亦更取得政治上之伟大胜利。”
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