1940年8月至11月，八路军为打破沉闷的局面，扩大影响，发动了著名的“百团大战”。当时朱德总司令回了延安，左权协助彭德怀指挥了这次重要战役。早在7月中旬，左权就按彭德怀的意图提出了作战方案，并到第129师驻地与刘伯承、邓小平商量，刘、邓当即表示赞同。左权又到第120师驻地和晋察冀边区同贺龙、关向应和聂荣臻一起具体研究作战部署。为了这次战斗，左权进行了近一个月的筹划和准备。8月20日晚，八路军出动115个团，约40万兵力，在民兵、自卫队员的配合下，向津浦、正太、同蒲、北宁、胶济、平绥、德石各铁路沿线的日军发动进攻，拉开了大战的序幕。 大战的总指挥部设在山西武乡砖壁，1∶50000的军用地图占领了整整一面墙，左权在地图前度过了许多个不眠之夜，小自每次具体战斗，大至战役配合，他都精心筹划，全力以赴，力求克敌制胜。大战经过三个半月、大小1800余战，毙、伤、俘日伪军共计4万多人，消灭日伪据点2900余个，破坏了敌人的运输供给线，取得了辉煌战果。毛泽东称赞说：“百团大战实在振奋人心。”日本防卫厅战史室编写的《华北治安史》一书中也写到：“此次袭击完全出乎我军意料之外，损失甚大，需要长时期和巨款方能恢复。”左权以他顽强的斗志和杰出的军事指挥才能，为战斗的胜利做了重要贡献。 八路军为响应毛泽东提出的“提高军事技术，建立必要的军火工厂，准备反攻势力”的号召，从1939年7月开始，到1940年初，在左权的具体指挥下，于山西武乡、辽县、黎地三县交界处的黄崖洞修建了一座较大规模的兵工厂，很快成为八路军在华北最大的军工基地。日军视黄崖洞兵工厂为眼中钉，宣称要及早除此心腹之患。1941年11月11日，号称“钢铁大队”的日军第36师团和第419混成旅团共5000余人分数路向黄崖洞兵工厂进攻，企图一举踏平之。由于左权做了周密的准备工作，敌人的阴谋无法得逞。左权指挥总部警卫团采用“咬牛筋”战术，咬住敌人，稳打稳扎，使敌人的每次冲锋都付出巨大的代价。战斗到第7日，由于叛徒告密，黄崖洞北面桃花寨阵地被日军突破，警卫团被迫撤退。由于左权已指挥部队事先将机器设备全部转移，日军窜入兵工厂时，一无所获。此时增援的八路军第772团及时赶到，与警卫团前后夹击，终于将日军击退。这次黄崖洞保卫战历时八昼夜，八路军以1500人的兵力击退日军5000余人的进攻，歼敌1000余人。中央军委在《一九四一年战役综合研究》中指出，黄崖洞保卫战“应作为我军一九四一年以来反‘扫荡’的模范战斗”。 1942年2月，日军发动以辽县麻田八路军总部为目标的“二月大扫荡”，以失败而告终。5月，日军调集3万多人的兵力，以空军为掩护，向八路军总部压来，想一举摧毁八路军总部。5月23日，左权得到准确情报后，向彭德怀汇报，并连夜召开紧急会议，部署迎敌的策略。由于敌我力量悬殊，会议决定总部各机关分散突围，以两个团的兵力在东西两头牵制敌人。战斗由左权直接指挥。24日晚，总部机关趁黑行动，准备通过敌人火力较弱的偏城东据点，往河北、山西交界的山区进发。一夜之间绕过日军三道封锁线，到达十字岭，暂时驻营休息。突然敌人1万余人从两翼包抄十字岭，并配备飞机轰炸。左权见形势危急，忙派人护送彭德怀和罗瑞卿迅速转移，由他自己指挥部队掩护。到25日上午，总部机关突出重围，左权在后面牵制敌人，不幸在最后突围时被日军炮弹击中，壮烈殉国，时年36岁。乃是抗日战争期间殉国的八路军最高将领。 左权将军在华北敌后坚持抗战五年，呕心沥血，立下赫赫战功。他还结合战争实践，写出了《扫荡与反扫荡》等著名论文，为人民军队留下了宝贵的精神财富。左权牺牲后，周恩来称赞他