回到中国的赵继统还没开展工作就接到“白鸽”同志的紧急约见信号，两人见面后，“白鸽”交给了他一个艰巨的任务。
武汉作战结束后，日本帝国主义为了缓和其人力、物力不足的矛盾，将侵华战争的战略方针由速战速决改为战略持久。这一战略方针转变的实质，就是停止对国民党军正面战场的战略进攻，把主要兵力转移到占领区（重点是华北），用以进攻中国共产党所领导的抗日报据地。为了适应这一战略方针的转变，日军在这一时期的变动主要是增加华北的兵力，同时大量增编警备专用的三单位制师团和独立混成旅团。
自1939年冬以来，日军以铁路、公路为支柱，对抗日根据地进行频繁扫荡，并企图割断太行、晋察冀等战略区的联系，压缩八路军的作战空间，推行所谓以铁路为柱，公路为链，碉堡为锁的囚笼政策。为此八路军总部决定发动交通破击战，重点破袭正太铁路和同蒲路北段，给日本华北方面军以有力打击。为了保证“正太路战役”的顺利实施，彭总急需敌人兵力分配和部署情况的详细情报。
赵继统知道，这场“正太路战役”最终会演变成震惊世界的“百团大战”，不敢怠慢连夜坐车奔赴南京。第二天他面见了中国派遣军总司令官西尾寿造大将和总参谋长板垣征四郎中将，将近期的国际形势和近卫内阁执行的“东进”政策作了详细的汇报，并请两位做好被大本营抽调兵力的准备。
然后三个人将关起门来，商量抽调哪个方面的哪些师团为好，关东军、华北军派遣军、华中派遣军、华南派遣军的各类部署图铺满了整个会议室。赵继统趁着两位“长官”晚上休息之际，偷偷的将手头的部署图拍了个遍，并于深夜出门吃夜宵之际，交给了一直等待的“白鸽”。
随后就一直在派遣军总司令部内没出过一次大门。在此期间还发生了一件趣事，编写了著名的台湾派遣军之歌的台湾军司令官本间雅晴中将在军官餐厅偶遇兴亚院（执行对华政策时，外交除外，办理有关政治、经济及文化等事务。并监督在华特殊公司之营业。该院在中国北平、上海、青岛、汉口、广州、厦门等地设有分支机构）政务部长铃木贞一少将，听别人称呼他为上海来的“铃木少将”错以为是铃木光吉，批评他不该在未解决中国问题的情况下提出招惹西方国家的“东进”政策。
长期负责经济事宜，被人称为“西服军人”的铃木贞一知道他认错人了，但也不予争辩，而且一直接触中国事务的他甚至还有些认同本间雅晴的观点，后来两人还相谈甚欢。
结果被闻讯赶到的赵继统骂了个狗血喷头，甚至一度要揍本间雅晴，被众人阻拦才未能得逞。最后赵继统被总参谋长板垣征四郎中将以“不尊上官”的名义关起了禁闭（关在会议室里梳理部队），所以到了8月20日正太路打响之后，赵继统还被“关”着呢。一直到9月10日，在“日本内阁驻华特别调查厅”不断的催促之下，焦头烂额的板垣征四郎才想起还“关”着个人呢。
在短短二十天内八路军在正太、同蒲、平汉、津浦等主要交通线发动总攻击，重点破坏了正太铁路。正太铁路线的路轨、桥梁、隧道、水塔、车站等均被破坏;平汉、同蒲(北段)、石德、北宁铁路以及主要公路也被切断;华北各交通线陷于瘫痪。
因为日军的主力部队都摆在黄河边和卫立煌的中央军对抗上了，所以大家都以为是此次是八路军配合国民党中央军的一次破坏行动，根本就没想到是内部布防情况泄露，结果赵继统白演了一出戏。
9月22日八路军继续继续扩大战果，摧毁交通线两侧和深入各抗日根据地的敌伪据点。晋察冀军区进行了涞灵战役，第129师进行了榆辽战役，第120师破袭了同蒲路。在这些战斗中，八路军给敌人以沉重打击。10月上旬暴怒的多田骏组织大量的日伪军进行报复性扫荡，而八路军接连粉碎了日伪军对太行、太岳、平西、北岳、晋西北等抗日根据地的大规模扫荡。在这3个半月中，我敌后军民共进行大小战斗1800多次，计毙伤日军二万多人，伪军五千多人；俘日军280多人、伪军1.8万多人；破坏铁路九百多里、公路三千里;破坏桥梁、车站258处；并缴获了大批武器和军用物资。
百团大战是抗战时期中国共产党主动出击日军的一次最大规模的战役，它打出了敌后抗日军民的声威，振奋了全国人民争取抗战胜利的信心，在战略上有力地支持了国民党正面战场。这次战役大大提高了华北人民群众敌后抗日的胜利信心，对日寇当时的诱降政策以及东方慕尼黑阴谋以很大打击，给蒋管区人民以很大兴奋。
此役也给了投降派又一次打击，提高了共产***的抗日军队的声威，打击了所谓八路军游而不击的谣言。百团大战的胜利，沉重打击了日寇的嚣张气焰，鼓舞了中国人民的抗战斗志，在我国抗日战争史上写下了光辉的一页，在国际上也产生了巨大的影响。
就在华北派遣军司令官多田骏对部下大加斥责之时，赵继统给他带来了更加难以接受的情报。“据查，在我军或皇协军内部隐藏着一个中共的高级谍报小组，名叫‘轩辕'。该小组多次获得我方极密情报并予以传递，致使军事上之失利、令军旗蒙羞···”
百团大战光八路军就105个团，还有许多地方游击队和民兵参加作战。全部加起来可能200个团都不止，所以我方手中有日军的精准情报的情况很难保密，早晚会被敌人获知。所以赵继统干脆将自己的代号公布出来，一是显示他的谍报人员能力之高，二呢，也是给那些投降的大小汉奸们勒一勒脖子上的“绳套”。