1940年8月20日，華北各地的八路軍遵照八路軍總部的命令，對日軍所控制的各主要交通線發起了破襲，因為我軍參戰部隊超過了一百個團，所以這次行動又被稱為"百團大戰"。百團大戰共分為三個階段，前兩個階段，八路軍主要以破襲日軍交通線和據點為主，而第三階段，則是以反擊日軍掃蕩為主。
八路軍
八路軍的百團大戰在第一和第二階段取得了空前的勝利，我軍不僅殲滅了大量敵人，還粉碎了日軍對我華北各根據地的封鎖。到了1940年10月，我軍已經基本完成了八路軍總部所制定的戰略計劃。因為我軍的大突襲，華北日軍損失慘重。為了改變這一頹勢，華北日軍方面軍總司令多田駿叫囂著要對我根據地進行大規模掃蕩。
從10月6日開始，華北日軍調集了數萬軍隊開始向各根據地進行報復性 "掃蕩"，與以往的"掃蕩"不同，這次日軍的掃蕩手段極為毒辣。他們不僅瘋狂屠殺根據地的平民百姓，就連老百姓用的鍋碗瓢盆也被砸得稀巴爛。日軍所到之處一片焦土，八路軍的許多地下組織也被日軍摧毀。為了改變這一狀況，八路軍總部決定對日軍實行反掃蕩戰鬥。
1940年10月19日，八路軍總部正式向華北各部下達了"反掃蕩"任務。根據八路軍前敵總指揮彭德懷和總參謀長左權的要求，八路軍各根據地要採用黨政軍民相互配合的方式，積極開展廣泛的游擊戰。為了嚴格落實命令，彭德懷甚至離開八路軍總部，到各抗日根據地視察，而華北八路軍各部也都做好了時刻殲敵的準備。
百團大戰要圖
就在八路軍積極做著"反掃蕩"準備時，10月下旬，一支五百多人的日軍中隊卻深入了我根據地腹地。他們誤打誤撞，襲擊了我軍黃崖洞兵工廠。黃崖洞兵工廠是我八路軍抗戰時期重要的武器彈藥生產基地，它將影響華北地區我八路軍的抗日行動。為了消滅這股日軍，彭德懷遂發動了關家堖戰役。
這支闖入我軍根據地腹地的日軍，就是三十六師團的岡崎大隊，岡崎大隊的大隊長岡崎謙長是日軍三十六師團中有名的戰將。此人曾多次參與對我軍的作戰，在日軍發動的六路圍攻和九路圍攻時，岡崎大隊就是日軍的前鋒。這一次，岡崎大隊闖入我八路軍腹地，明顯就是為了摧毀我軍後方總指揮部機關而來。
岡崎大隊的囂張氣焰讓彭德懷十分震怒，他決定調八路軍一二九師來圍殲這股敵人。接到彭德懷的命令後，劉伯承師長立刻調集三八六旅投入了戰鬥。三八六旅是八路軍一二九師的主力，該旅旅長就是八路軍中有名的悍將陳賡，陳賡根據彭德懷和劉伯承的命令，決定對岡崎大隊進行突襲。
且說岡崎大隊突襲黃崖洞兵工廠之後，就竄逃到了左會地區。由於當地軍民已經做好了戰鬥準備，岡崎謙長為避免傷亡，只好撤退到了武鄉縣的關家堖附近。他們在關家堖燒火做飯，並打算襲擊武鄉縣城。也就是在這個時候，八路軍三八六旅完成了對岡崎大隊的合圍。
日軍
據三八六旅旅長陳賡回憶，三八六旅對日軍岡崎大隊的合圍是分三個步驟完成的。首先，陳賡調集了三八六旅主力七七二團和特務團深入關家堖東側，然後由東側山腳進行側擊。接著，他又調七六九團從關家堖的西北側發動正面破襲，為了阻止岡崎大隊突圍，陳賡又以決死縱隊和八路軍新編第十旅阻擊日軍來援之敵，並切斷岡崎大隊突圍的企圖。
陳賡的準備可以說非常充分，可是他卻忽略了一個關鍵因素，那就是關家堖易守難攻。關家堖雖然只是武鄉縣一個不起眼的村落，但它的附近卻溝壑縱橫，因為關家堖兩側是懸崖峭壁，所以八路軍很難直接登上山頂。有著居高臨下的優勢，再加上岡崎大隊裝備精良，這也就給三八六旅的攻堅造成了很大的難度。
歷史課本上這張經典的照片就拍攝於關家堖之戰期間
岡崎謙長命令所部全部屯於關家堖的兩側，他們以懸崖斷壁為掩護，居高臨下的射殺我八路軍戰士。在交戰之前，岡崎發現了關家堖山頂的平地上適合日軍伏擊，於是又命令日軍機槍手登上山頂，準備以機槍掃射我軍。
29日深夜，三八六旅開始向日軍發起攻擊，利用夜色的掩護，八路軍特務團率先向關家堖發起了突擊。特務團團長是有名的悍將歐致富，他善打惡仗、硬仗。在八路軍總部的指示下，特務團二營悄悄地摸索到了關家堖山頂，二營士兵先解決了兩個日軍士兵，然後又炸掉了山頂日軍的機槍陣地。正當我軍要擴大戰果的時候，特務團的身後卻傳來了槍聲，原來日軍發現了特務團戰士的身影，他們在溝壑工事處便不斷掃射。特務團的戰士多人中彈倒下，在這關鍵時刻，特務團二營一位戰士手提手榴彈，他越過日軍機槍手的掃射，將手榴彈精準地扔進了日軍工事之內。隨著一聲巨響，工事內的日軍便被炸得粉身碎骨。
特務團二營雖然炸掉了日軍的一處工事碉堡，但並沒有將日軍擊敗，就在他們匍匐前進之時，日軍其它工事內的機槍又開火了。這一次，特務團傷亡慘重，看著身邊越來越多的戰士倒在敵人槍口下，歐致富只好下令特務團暫緩進攻。
八路軍
夜襲失敗，彭德懷只好延緩進攻關家堖。次日凌晨，他調整了戰略，以決死縱隊三十八團強攻關家堖，在彭德懷的鼓勵下，決死縱隊三十八團的戰士們奮勇殺敵，手握大刀或步槍衝上山頂，與日軍展開了大規模的白刃戰。由於我軍人數眾多，關家堖山腰的敵人逐漸力不能支。不過，日軍佔盡了地利優勢，所以決死縱隊也付出了慘重的傷亡。在三十八團佔領關家堖山腰時，我軍已經傷亡了八百多人。
就在決死縱隊強攻關家堖山腰之時，三八六旅七七二團也從關家堖的東北側發起了突擊，不過七七二團同樣也遭受到了阻力。在日軍密集火力下，七七二團傷亡慘重。據陳賡回憶，三八六旅七七二團主攻關家堖東北側之時，日軍飛機也對山腳處實施了轟炸，七七二團很多戰士都死在日機轟炸之中。七六九團所攻的一方為懸崖峭壁，日軍為阻止我軍攀崖，曾派出工兵毀壞山腰土坎，我軍很多戰士也死在了日軍的密集掃射中。
關家堖之戰進行了兩天兩夜，由於岡崎大隊拼命死守，我軍傷亡慘重。在關鍵時刻，一二九師師長劉伯承親自給彭德懷打電話，要求停止進攻，可是這一請求並未得到批准。10月31日，日軍援兵分別從黎城、遼縣等地增援，為減少傷亡，彭德懷只好下令全軍撤出戰場。
觀察敵情的八路軍
關家堖之戰是百團大戰第三階段的一次重大戰役，此戰我軍雖然傷亡慘重，但也打擊了日軍的囂張氣焰。關家堖戰役後，日軍再也不敢貿然深入我軍根據地。單純從雙方的兵力來看，無疑我軍佔據著絕對優勢，但是由於我軍裝備太差，再加上日軍佔據了地形優勢，所以才未能消滅這股孤立之敵。抗日戰爭期間，尤其是在抗戰前期，中國與日本之間存在著巨大的實力差距，這種差距在戰場上表現得更為明顯，關家堖之戰就充分說明了這一點。
在關家堖之戰中，儘管我軍付出了巨大的傷亡，卻未能全殲日軍，因此這一戰役歷來充滿著爭議。有人認為我軍不應該不顧敵我雙方軍事力量上的差距，而貿然進攻日軍，但是也有人持贊成的態度。其實，彭德懷在不利的形勢下仍堅持消滅這股孤立之敵，有著他更深一層的打算。
在抗日戰爭前期階段，日軍仰仗著裝備上的優勢，在戰場上表現得相當驕橫。他們每次掃蕩，一般以一個大隊（輔以偽軍）就敢深入我軍抗日根據地腹地，其驕橫之態可見一斑。如果我軍能夠尋機給與其重創（或殲滅一個大隊），就可以在打擊敵人囂張氣焰的同時，迫使日軍在下次掃蕩時，不敢再以大隊為單位。這樣日軍掃蕩的頻次和時間間隔就會擴大，有利於我軍民的轉移。另一方面，黃崖洞兵工廠位於我軍根據地腹地，如果讓岡崎大隊輕易地逃走，以後日軍將會更加囂張，而且我軍在政治上也會陷於不利的境地。此戰過後，日軍再也不敢以少量部隊就貿然進入我軍根據地腹地，可以說彭德懷的意圖已經實現。
