戰問題上不起任何決定作用，而有一種自已的拿手好戲，在這種拿手戲中，一定能起決定作用，這就是真正獨立自主的山地遊擊戰（不是運動戰）。
”
根據毛澤東的指示，八路軍總部于9月21日和25日先後對各師發出指示和訓令，要求各部隊“應以機動靈活的襲擊求得消滅敵人小部”，同時，立即在八路軍所到之外，“獨立自主地擔負起群衆工作”，動員群衆，開展群衆性遊擊戰争。
根據總部的指示和地區劃分，第115師于9月中旬向五台、繁峙、靈丘等晉東北地區及冀西阜平地區挺進，第120師主力于9月下旬前進到甯武、神他等晉西北地區，其第359旅展開于五台、平山地區活動；第129師準備向正太鐵路以南之晉東南地區發展。
9月中旬，由平綏路東段向西南進攻之日軍第5師團，在由大同向南進攻的察哈爾派遣兵團主力的配合下，迅速向内長城線逼近，企圖突破平型關要隘，殲滅中國第二戰區部隊，從右翼配合華北方面軍主力在平漢路的作戰。
至9月20日，日軍第5師團已占領晉東北的廣靈、渾源和靈丘等地；日軍察哈爾派遣兵團亦進逼晉北雁門關。
在日軍的進攻下，中國第二戰區決定在平型關—雁門關—神池内長城線組織防禦，憑借長城天險，阻止日軍進入山西腹地。
部署楊愛源所部第6集團軍（轄第15、第17、第33軍）擔任右翼北樓口至平型關的防禦；傅作義所部第7集團軍（轄第34、第35、第19、第61軍）擔任左翼北樓口以西至神池沿線防禦。
9月21日，日軍第5師團第21旅團一部由靈丘向平型關迸犯，其後續部隊亦有向平型關開進之模樣。
第二戰區決心集中4個師和2個旅的兵力，殲滅平型關之敵。
同時緻電八路總司令朱德稱：“我決殲滅平型關之敵，增加8個團的兵力拂曉可到，希電林師（即第115師）夾擊敵之側背。
”
為了配合友軍作戰，八路軍總部按照中共中央軍委關于調整戰略部署的指示，令第120師進至雁門關以西的神池地區，側擊由大同南犯之日軍；令第115師進至平型關以西之大營鎮待機，準備側擊進犯平型關之日軍。
第115師奉命趕到大營鎮後，立即偵察平型關方向的敵情、地形，獲悉日軍第5師團正由渾源、靈丘，涞源分3路向西進攻，各路相距較遠，兵力分散，進攻平型關方向的日軍約1個旅。
平型關山口至靈丘縣東河南鎮，是一條由西南向東北延伸的狹長谷道，其間，關溝至東河南鎮長約1