為解華北危局，不待改編就緒的八路軍115師分兩批于8月22日和25日由陝西省三原縣出發，經韓城縣芝川鎮東渡黃河，沿同蒲鐵路向晉東北抗日前線挺進。
日軍占領北平和天津後，日軍華北方面軍和關東軍察哈爾兵團在華北的兵力驟增到37萬餘人。
1937年8月，日軍以北平（今北京）、天津地區為出發地，兵分三路發起進攻。
第一路以1個半師團的兵力沿津浦路向南進犯；第二路以1個師團的兵力沿平漢路南犯，進窺河南；第三路以3個師團的兵力沿平綏路東段，同蒲路北段向西進犯。
第三路為日軍主攻方向，其西進的企圖是由晉北打開通路，殲滅國民黨第二戰區主力，攻占太原，以大迂回的動作，迫使國民黨的軍隊撤退，達到不戰而占領華北五省的目的。
為了實現這一企圖，西進的日軍又兵分兩路向太原方向推進：一路由關東軍察哈爾派遣兵團和兩個獨立混成旅團，沿同蒲鐵路南進，經雁門關直取太原；一路由日軍第5師團向渾源、靈丘進攻，企圖突破平型關與沿同蒲鐵路南進之敵會師雁門關。
雁門關、平型關是國民黨軍長城防線的兩道關口，也是日軍進攻太原的必經之地。
日軍一旦攻取兩關，即可長驅直入，兵臨太原城下，太原唾手可得。
由于雁門關地勢比平型關更為險要，又有重兵把守，難以從正面奪取，而平型關地處山西和河北交界的地方，是個比較薄弱的環節。
因此，日軍将其主力第5師團用于平型關方向，企圖由平