第一阶段战役中，一个重大的胜利，是聂集团由杨成武指挥的中央纵队，在矿工的配合下，严重破坏了日军侵占的燃料基地井隆煤矿。日军独立混成第八旅团参谋泉可畏翁回忆说：“所谓井隆煤即炼铁用的粘结煤，当时是供给满洲鞍山炼铁厂重要的、不可缺少的原料。在井隆三矿中，最重要的是新矿，所受破坏最大。至少半年以上不能出煤。”
与破袭正太路同时，敌人在华北的交通动脉北宁、同蒲、平汉铁路被截断，其他纵横于华北的白晋、沧石路及各地公路线亦被截肢碎骨。北同蒲线铁路“受到了严重破坏”。
“同蒲线以西的各警备队大部分受到共军袭击，孤立的小据点有些被全部消灭”。“共军第一次攻势以破坏交通、通讯为目标，同时为取得精神的效果，在这些方面的破坏是相当严重的”。八路军发起的突袭，使华北日本驻军一时间陷于慌乱之中。8月20日夜，晋中地区大雨，正太路各据点的日军有的在睡梦中就一命呜呼，有的惊起抱枪赤身应战。
守备正太路东段之日军独立第四旅团司令部“开始根本弄不清楚各方面的情况，经过二、三天后，才逐渐判明”。负责正太路守备的日军一一〇师团“20日夜接到独立混成第八旅团的电话报告，得知石门附近情况，但以后电话不通，情况不明”。21日该师团长饭沼守（中将）“得悉石太路全线遭敌袭击”， 23日方派兵“前往井隆地区增援”。
日本在山西的最高军事当局、驻太原的第一军司令部，“21日从旁系电话中收到第一次报告说：‘石太路到处正遭八路军袭击……’但以后再无更详细报告。有线、无线电话完全不通，立即陷入情况不明状况”。
日军华北方面军在其《 作战记录》 中记载说：“盘踞华北一带的共军，根据十八集团军总司令朱德的部署，发动了所谓百团大战，于昭和15年8月20日夜同时奇袭我交通线及生产基地（主要是矿山）。尤其在山西，其势甚猛”。“这次奇袭完全出乎我军意料之外，损失重大，恢复建设需要相当时间与大量资金”。日军从华北方面军司令部到军、师、旅、联队，据点守备都受到强烈震动。
百团大战第一阶段的破袭战完成了预定任务，这次破袭巧妙而又大胆地利用敌人以小国凌大国、兵力不足的弱点。日军华北方面军在其1940 年制定的华北《肃正建设实施纲要》说明中，虽已看到自身在军事上的“长期分散配置，使各部队很容易陷于被动守势”。但由于兵力不足，惧怕“过早地将分散配置集中，治安将会重新恶化”。针对敌人的分散配置、集中使用，彭德怀以同时发动，分散出击，使其陷于首尾不能相顾的境地。敌人不得不承认，八路军取得了“奇袭的成功”。
在第一阶段战役胜利的形势下，8月31日，彭德怀给各兵团发出扩大战果、彻底毁灭正太路和同蒲路的忻县一朔县段，使3个根据地（晋察冀、晋西北、晋冀豫）连成一片的建议。这个建议低估了敌人对交通线的修复能力，低估了敌人利用现代化交通工具迅速增援兵力的能力。在这个建议发出后的第三日，即9月3日，敌援兵约2万余人抵正太路东西两端，企图夹击八路军。此前，小批援兵已陆续进入正太路作战，日军驻太原飞行大队连续出动，与其地面部队联络，猛炸八路军阵地。彭德怀和左权看到“扩大战果已不可能”，放弃以上建议，命出击兵团即日转移兵力，准备完成第二步计划。
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