回到中國的趙繼統還沒開展工作就接到“白鴿”同志的緊急約見信號，兩人見面後，“白鴿”交給了他一個艱鉅的任務。
武漢作戰結束後，日本帝國主義爲了緩和其人力、物力不足的矛盾，將侵華戰爭的戰略方針由速戰速決改爲戰略持久。這一戰略方針轉變的實質，就是停止對國民黨軍正面戰場的戰略進攻，把主要兵力轉移到佔領區（重點是華北），用以進攻中國共產黨所領導的抗日報據地。爲了適應這一戰略方針的轉變，日軍在這一時期的變動主要是增加華北的兵力，同時大量增編警備專用的三單位制師團和獨立混成旅團。
自1939年冬以來，日軍以鐵路、公路爲支柱，對抗日根據地進行頻繁掃蕩，並企圖割斷太行、晉察冀等戰略區的聯繫，壓縮八路軍的作戰空間，推行所謂"以鐵路爲柱，公路爲鏈，碉堡爲鎖"的"囚籠政策"。爲此八路軍總部決定發動交通破擊戰，重點破襲正太鐵路和同蒲路北段，給日本華北方面軍以有力打擊。爲了保證“正太路戰役”的順利實施，彭總急需敵人兵力分配和部署情況的詳細情報。
趙繼統知道，這場“正太路戰役”最終會演變成震驚世界的“百團大戰”，不敢怠慢連夜坐車奔赴南京。第二天他面見了中國派遣軍總司令官西尾壽造大將和總參謀長板垣徵四郎中將，將近期的國際形勢和近衛內閣執行的“東進”政策作了詳細的彙報，並請兩位做好被大本營抽調兵力的準備。
然後三個人將關起門來，商量抽調哪個方面的哪些師團爲好，關東軍、華北軍派遣軍、華中派遣軍、華南派遣軍的各類部署圖鋪滿了整個會議室。趙繼統趁着兩位“長官”晚上休息之際，偷偷的將手頭的部署圖拍了個遍，並於深夜出門吃夜宵之際，交給了一直等待的“白鴿”。
隨後就一直在派遣軍總司令部內沒出過一次大門。在此期間還發生了一件趣事，編寫了著名的臺灣派遣軍之歌的臺灣軍司令官本間雅晴中將在軍官餐廳偶遇興亞院（執行對華政策時，外交除外，辦理有關政治、經濟及文化等事務。並監督在華特殊公司之營業。該院在中國北平、上海、青島、漢口、廣州、廈門等地設有分支機構）政務部長鈴木貞一少將，聽別人稱呼他爲上海來的“鈴木少將”錯以爲是鈴木光吉，批評他不該在未解決中國問題的情況下提出招惹西方國家的“東進”政策。
長期負責經濟事宜，被人稱爲“西服軍人”的鈴木貞一知道他認錯人了，但也不予爭辯，而且一直接觸中國事務的他甚至還有些認同本間雅晴的觀點，後來兩人還相談甚歡。
結果被聞訊趕到的趙繼統罵了個狗血噴頭，甚至一度要揍本間雅晴，被衆人阻攔才未能得逞。最後趙繼統被總參謀長板垣徵四郎中將以“不尊上官”的名義關起了禁閉（關在會議室裡梳理部隊），所以到了8月20日正太路打響之後，趙繼統還被“關”着呢。一直到9月10日，在“日本內閣駐華特別調查廳”不斷的催促之下，焦頭爛額的板垣徵四郎纔想起還“關”着個人呢。
在短短二十天內八路軍在正太、同蒲、平漢、津浦等主要交通線發動總攻擊，重點破壞了正太鐵路。正太鐵路線的路軌、橋樑、隧道、水塔、車站等均被破壞;平漢、同蒲(北段)、石德、北寧鐵路以及主要公路也被切斷;華北各交通線陷於癱瘓。
因爲日軍的主力部隊都擺在黃河邊和衛立煌的中央軍對抗上了，所以大家都以爲是此次是八路軍配合國民黨中央軍的一次破壞行動，根本就沒想到是內部佈防情況泄露，結果趙繼統白演了一齣戲。
9月22日八路軍繼續繼續擴大戰果，摧毀交通線兩側和深入各抗日根據地的敵僞據點。晉察冀軍區進行了淶靈戰役，第129師進行了榆遼戰役，第120師破襲了同蒲路。在這些戰鬥中，八路軍給敵人以沉重打擊。10月上旬暴怒的多田駿組織大量的日僞軍進行報復性掃蕩，而八路軍接連粉碎了日僞軍對太行、太嶽、平西、北嶽、晉西北等抗日根據地的大規模掃蕩。在這3個半月中，我敵後軍民共進行大小戰鬥1800多次，計斃傷日軍二萬多人，僞軍五千多人；俘日軍280多人、僞軍1.8萬多人；破壞鐵路九百多裡、公路三千里;破壞橋樑、車站258處；並繳獲了大批武器和軍用物資。
百團大戰是抗戰時期中國共產黨主動出擊日軍的一次最大規模的戰役，它打出了敵後抗日軍民的聲威，振奮了全國人民爭取抗戰勝利的信心，在戰略上有力地支持了國民黨正面戰場。這次戰役大大提高了華北人民羣衆敵後抗日的勝利信心，對日寇當時的誘降政策以及東方慕尼黑陰謀以很大打擊，給蔣管區人民以很大興奮。
此役也給了投降派又一次打擊，提高了共產***的抗日軍隊的聲威，打擊了所謂八路軍"遊而不擊"的謠言。百團大戰的勝利，沉重打擊了日寇的囂張氣焰，鼓舞了中國人民的抗戰鬥志，在我國抗日戰爭史上寫下了光輝的一頁，在國際上也產生了巨大的影響。
就在華北派遣軍司令官多田駿對部下大加斥責之時，趙繼統給他帶來了更加難以接受的情報。“據查，在我軍或皇協軍內部隱藏着一箇中共的高級諜報小組，名叫‘軒轅'。該小組多次獲得我方極密情報並予以傳遞，致使軍事上之失利、令軍旗蒙羞···”
百團大戰光八路軍就105個團，還有許多地方游擊隊和民兵參加作戰。全部加起來可能200個團都不止，所以我方手中有日軍的精準情報的情況很難保密，早晚會被敵人獲知。所以趙繼統乾脆將自己的代號公佈出來，一是顯示他的諜報人員能力之高，二呢，也是給那些投降的大小漢奸們勒一勒脖子上的“繩套”。