在戰略相持階段，中國共產黨肩負起抗擊日本侵略軍的主要責任，黨領導的敵后游擊戰爭成為主要的對日作戰方式。
日軍對抗日根據地“掃蕩”的重點是華北地區。1939年春，日本華北方面軍制定了“治安肅正計劃”，實行軍事、經濟、文化、特務一體的“總力戰”。在1939年和1940年的兩年中，僅華北地區日軍出動千人以上的大規模“掃蕩”就有109次，使用兵力總計在50萬人以上。
根據“鞏固華北”的戰略方針，八路軍在華北依靠廣大群眾，堅持山地游擊戰爭，發展平原游擊戰爭。1939年11月上旬，晉察冀部隊在第一二○師的配合下進行黃土嶺伏擊戰，擊斃日本獨立混成第二旅團旅團長、所謂“名將之花”阿部規秀中將。《新中華報》發表短評：“抗戰以來，敵軍中將指揮官，在戰場上被我擊斃者，此還算是第一次。真值得我們興奮！”
為了貫徹“發展華中”的戰略方針，1939年2月，周恩來受黨中央委托，到皖南同新四軍領導人商定：新四軍的戰略任務是向南鞏固，向東作戰，向北發展。此后，新四軍和華中敵后抗日游擊戰爭有了較大發展。1940年5月，黨中央派八路軍一部1.2萬人南下，同新四軍一起發展華中抗日根據地。
在華南，廣州失陷后，中共廣東黨組織積極領導開展游擊戰爭，創建東江抗日游擊根據地和東江縱隊。長期戰斗在海南島的紅軍游擊隊開展抗日游擊戰，后來發展為瓊崖縱隊。
在東北，黨領導的東北抗日聯軍長期堅持在白山黑水之間，給日、偽軍以沉重打擊，成為全國抗戰中的一支重要力量。在這一時期，日本侵略者對東北抗日聯軍展開持續殘酷的軍事“討伐”。在極端困難的環境下，東北抗日聯軍不屈不撓地堅持斗爭。1938年10月，冷云等東北抗聯8名女戰士陷入敵人包圍后，投入冰冷的烏斯渾河，英勇殉國。1940年2月，東北抗聯第一路軍總司令兼政治委員楊靖宇在濛江縣(今靖宇縣)境內陷入日軍“討伐”隊重圍，冒著零下40度的嚴寒，同數倍于己的敵人浴血奮戰，最后只身一人，堅持戰斗，直至壯烈犧牲。殘忍的敵人剖開他的腹部，發現在他的胃里竟沒有一粒糧食，有的只是枯草、樹皮和棉絮。
山西獅垴山七晝夜血戰中的我軍機槍陣地（資料照片）
從1938年冬到1940年的兩年多時間，中國共產黨領導的敵后抗戰牽制和抗擊了大量侵華日軍，人民抗日力量在戰斗中成長壯大起來。到1940年底，共產黨領導的武裝部隊發展到50萬人(東北抗日聯軍未計算在內)，還有大量地方武裝和民兵；在華北、華中、華南創建了16塊抗日民主根據地，在全民族抗戰中發揮著日益重大的作用。
多位國際友人不遠萬里來到中國，參加艱苦的敵后抗戰。他們中有加拿大共產黨員諾爾曼·白求恩、德國醫學博士漢斯·米勒、美國醫學博士馬海德、印度醫生柯棣華等。
白求恩在晉察冀邊區淶源縣臨時手術室里為傷員做手術（資料照片）
1939年11月，在晉察冀軍民反“掃蕩”作戰中，白求恩大夫在搶救八路軍傷員時不幸感染中毒，為中國人民的解放事業獻出了生命。12月，毛澤東在《紀念白求恩》一文中，號召學習白求恩毫無自私自利之心的精神，做“一個高尚的人，一個純粹的人，一個有道德的人，一個脫離了低級趣味的人，一個有益于人民的人”。
在百團大戰中，我軍炮擊敵碉堡（資料照片）
在敵后戰場上，隨著人民武裝和抗日根據地的迅速發展，也由于當時中國出現了空前的投降危險與抗戰困難，1940年8月至翌年1月，八路軍總部在華北發動了一次大規模的對日軍的進攻。8月20日夜，參戰部隊、游擊隊、民兵同時發起攻擊。隨著戰役的展開，陸續參戰的部隊達到105個團20余萬人，這就是百團大戰。百團大戰是全民族抗戰以來八路軍在華北發動的規模最大、持續時間最長的一次帶戰略性進攻的戰役。至1940年12月初，敵后軍民共作戰1824次，斃傷日、偽軍2.5萬余人，俘日軍281人，偽軍1.8萬余人，破壞鐵路470余公里、公路1500余公里，摧毀大量敵碉堡和據點，繳獲大批槍炮和軍用物資。百團大戰給日軍的“囚籠政策”以沉重打擊，提高了共產黨和八路軍的威望，在抗日局面比較低沉時振奮了全國人民的信心。