“百團大戰”第一階段宣布勝利結束、各參戰部隊轉入休整的當天，中共中央發出了《中央關于時局趨向的指示》和《中央關于“擊敵和友”的軍事行動總方針的指示》兩個重要文件，要求八路軍“應擴大百團大戰戰役行動”，并且提出擴大的方向和任務是“到那些尚未遭受打擊的敵人方面去用以縮小占領區，擴大根據地，打破封鎖線，提高戰鬥力”。
彭德懷、左權根據中央指示精神，着手制訂第二階段的破襲計劃。
還在對正太路破擊正酣的時候，彭德懷、左權等就按照毛澤東來電提出的“像這樣的戰鬥是否還可組織一兩次”的希望，開始考慮“在正太不能繼續堅持作戰或已徹底完成正太戰役任務之情況下，我之行動方針”問題，曾提出：“乘勝開展正太路兩側之戰鬥，去收複敵深入各該根據地内之某些據點”的設想。
中央9月10日發出新的指示後，彭德懷、左權進一步分析敵情我情，經過一連數日的運籌謀劃，于9月16日發出了以朱、彭、左署名的百團大戰第二階段作戰命令。
命令指出：第二階段的作戰基本方針是：繼續破壞敵寇交通，克複深入我基本根據地内之某些據點，作戰于9月20日開始，具體部署是：
——120師以截斷同蒲路北段交通為目的，集結主力破擊甯武、軒崗段同蒲路而徹底毀滅之。
——晉察冀軍區以開展邊區西北方面工作為目的，應集結主力破壞涞源、靈丘之公路并奪取該城（主要是涞源），并以有力部隊在同蒲路東側積極配合120師之作戰。
——129師以收複榆社、遼縣為目的，開展榆遼地區鬥争，并以一部分兵力不斷破擊白晉路北段。
——晉察冀與129師原留正太路沿線行動之部隊不變，并積極阻撓敵我之修複鐵路。
命令還就冀中、冀南、挺進軍等部隊的作戰部署提出了具體要求。
第二階段作戰，八路軍各部主要進行了涞靈戰役、榆遼戰役、同蒲路甯武南北段破襲戰役、任（丘）河（間）大（城）肅（甯）戰役，破襲德石