一战区保定一沧县防线后，继续向石家庄—德县一线进攻，在此形势下，中共中央军委主席毛泽东于9月16、17日，向八路军发出变更战略部署的指示，指出：敌之战略计划是以大迂回姿势，企图夺取太原，威胁平汉路友军侧背，进而实现夺取华北5省的计划。同时判断恒山山脉一带必为日军夺取晋察冀3省之战略枢纽。根据这一敌情变化，毛泽东决定，将原来3个师集中配置在恒山山脉一区的计划，改为分散配置于山西的四角。即：第120师转至以管涔山脉为依托的晋西北地区；第115师立即进入恒山山脉南段，准备逐渐南移，展开于太行和太岳两山脉中，第129师于适当时机进至以吕梁山脉为依托的晋西南地区。变更后的部署对敌占中心城市和交通要道形成四面包围之势，对于八路军保持战略上的主动，配合国民党军作战，粉碎日军的进攻，对于独立自主地进行山地游击战、创建敌后抗日根据地，都具有极其重要的意义。

    9月21日，毛泽东致电八路军副总司令彭德怀，强调指出：“今日红军在决战问题上不起任何决定作用，而有一种自已的拿手好戏，在这种拿手戏中，一定能起决定作用，这就是真正独立自主的山地游击战（不是运动战）。”

    根据毛泽东的指示，八路军总部于9月21日和25日先后对各师发出指示和训令，要求各部队“应以机动灵活的袭击求得消灭敌人小部”，同时，立即在八路军所到之外，“独立自主地担负起群众工作”，动员群众，开展群众性游击战争。根据总部的指示和地区划分，第115师于9月中旬向五台、繁峙、灵丘等晋东北地区及冀西阜平地区挺进，第120师主力于9月下旬前进到宁武、神他等晋西北地区，其第359旅展开于五台、平山地区活动；第129师准备向正太铁路以南之晋东南地区发展。

    9月中旬，由平绥路东段向西南进攻之日军第5师团，在由大同向南进攻的察哈尔派遣兵团主力的配合下，迅速向内长城线逼近，企图突破平型关要隘，歼灭中国第二战区部队，从右翼配合华北方面军主力在平汉路的作战。至9月20日，日军第5师团已占领晋东北的广灵、浑源和灵丘等地；日军察哈尔派遣兵团亦进逼晋北雁门关。在日军的进攻下，中国第二战区决定在平型关—雁门关—神池内长城线组织防御，凭借长城天险，阻止日军进入山西腹地。部署杨爱源所部第6集团军（辖第15、第17、第33军）担任右翼北楼口至平型关的防御；傅作义所部第7集团军（辖第34、第35、第19、第61军）担任左翼北楼口以西至神池沿线防御。9月21日，日军第5师团第21旅团一部由灵丘向平型关迸犯，其后续部队亦有向平型关开进之模样。第二战区决心集中4个师和2个旅的兵力，歼灭平型关之敌。同时致电八路总司令朱德称：“我决歼灭平型关之敌，增加8个团的兵力拂晓可到，希电林师（即第115师）夹击敌之侧背。”

    为了配合友军作战，八路军总部按照中共中央军委关于调整战略部署的指示，令第120师进至雁门关以西的神池地区，侧击由大同南犯之日军；令第115师进至平型关以西之大营镇待机，准备侧击进犯平型关之日军。第115师奉命赶到大营镇后，立即侦察平型关方向的敌情、地形，获悉日军第5师团正由浑源、灵丘，涞源分3路向西进攻，各路相距较远，兵力分散，进攻平型关方向的日军约1个旅。平型关山口至灵丘县东河南镇，是一条由西南向东北延伸的狭长谷道，其间，关沟至东河南镇长约13公里的地段，沟深路窄，甚为险要，两侧高地便于隐蔽部署兵力，发扬火力和展开突击，是伏击歼敌的理想战场。据此，第115师决心抓住日军骄横、疏于戒备的弱点，利用平型关东北有利地形，出敌不意，以伏击手段歼灭由灵丘向平型关进攻之日军，配合友军作战，并报请军委和八路