1940年8月20日晚22时整，各兵团统一发起攻击。天明时分，各部捷报不断传来：129师左冀破击队陈赓旅攻占寿阳西之芦家庄，连克碉堡4座，全歼守敌，完全占领寿阳西南的芦家庄车站，将车站西10里内的铁道、桥梁全部破坏。缴获轻机枪6挺、步枪60余支。115师杨成武部连克乏驴岭、北峪、北都等据点，歼守敌200多名，据点段内铁路、桥梁、碉堡、电线悉被破坏，万余民众参加了破击。中央纵队已完全占领有名的井陉煤矿，歼守敌上百人，矿井机器全部炸毁；右纵队郭天民部正猛攻天险娘子关；冀南军区徐绍恩团破坏平汉路邯郸至磁县段铁路5里。
贺龙指挥120师在阳曲、忻县、朔县、宁武段同蒲铁路，全线出击，到傍晚致电总部：张宗逊旅聚歼静乐东康家会守敌，毙敌200多人，俘日兵十余名，缴获甚多……
彭德怀在总部一直耐心地等待着，不断收到的捷报使他感到兴奋和欣慰。
从21日晚到22日，八路军总部工作人员更加忙碌，刘伯承、聂荣臻接连数次继续报告正太路各个出击兵团的破袭战况，贺龙、陈再道、吕正操和冀察热挺进军司令员肖克以及其他配合正太路破击战役的部队领导人，也都纷纷来电，报告他们的破击战果。
战况发展顺利，捷报频传，正太、同蒲、白晋、平汉、平绥、津浦、北宁各铁路及各公路干线，敌人的大动脉很快变得“千疮百孔”。
22日午饭后，彭德怀、左权在作战室听作战科长王政柱汇报战况。当彭德怀问到八路军实际参战兵力时，王政柱嗓音响亮地回答道：
“正太线30个团，平汉线卢沟桥到邯郸段15个团，同蒲线大同至洪洞段12个团，津浦线天津至德州4个团……参战兵力共计105个团。”
王政柱话音未落，左权参谋长抢先说：“好！这是百团大战，作战科要仔细把数字查对一下。”
彭德怀定性地说：“不管一百零几个团，这次战役，就叫做百团大战好了。”
当天下午给各兵团，并报中央军委的电报中，最先使用了“百团大战”这一名称：
“正太战役我使用兵力约百个团，于20日晚已开始战斗。序战胜利已经取得。这次战役定名为‘百团大战’，这是华北抗战以来积极主动大规模向敌进攻之前战役，应加紧扩大宣传。此间除有专电发重庆转蒋何陈徐、发西安转办公厅，并发延安外，每日还有战况及论文广播，希注意接收，以便统一扩大宣传。”
延安收电译文直送各领导人：毛泽东、王稼祥、朱德……