1937年9月23日，八路軍第115師在師長林彪、副師長聶榮臻指揮下，秘密集結(jié)在平型關(guān)東南地域，準(zhǔn)備配合晉綏軍向日軍出擊。當(dāng)日下午，八路軍總部轉(zhuǎn)來了晉綏軍前敵總指揮傅作義的電報(bào)，稱向平型關(guān)出擊的8個(gè)團(tuán)兵力于24日拂曉可到，希望第115師到時(shí)夾擊日軍的側(cè)背。

由于時(shí)間很緊，林彪、聶榮臻結(jié)束干部會(huì)議，要他們回去迅速進(jìn)行動(dòng)員，當(dāng)晚師主力就趕赴距離平型關(guān)以東約15公里的冉莊地區(qū)集結(jié)待命。部隊(duì)出發(fā)后，師部電臺(tái)也準(zhǔn)備關(guān)機(jī)出發(fā)，這時(shí)收到了八路軍總部發(fā)來的一封加急電報(bào)，是傅作義稱部隊(duì)尚未集結(jié)完畢，要求將出擊時(shí)間推遲一天。林彪、聶榮臻感覺氣憤，只好命令部隊(duì)繼續(xù)準(zhǔn)備。

到了24日，林彪、聶榮臻又帶領(lǐng)營以上干部前出進(jìn)行了現(xiàn)地勘察。為了熟悉戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，林彪曾先后三次前往平型關(guān)附近勘察地形，可見他對(duì)這次戰(zhàn)斗的重視。通過再次偵察獲得的敵情，了解到日軍有約一個(gè)旅團(tuán)兵力（即日軍第五師團(tuán)三浦支隊(duì)6000余人）已推進(jìn)到平型關(guān)以西團(tuán)城口及東西跑池一線，正與中方守軍進(jìn)行激烈拉鋸戰(zhàn)。

林彪經(jīng)過反復(fù)勘察和思考后，決心以一部兵力配合友軍向平型關(guān)前的三浦支隊(duì)出擊；另以一部兵力部署于關(guān)溝至東河南鎮(zhèn)公路附近高地，利用有利地形伏擊從平型關(guān)逃回靈丘的日軍。如有敵人增援，則堅(jiān)決阻擊之。

副師長聶榮臻贊同林彪的決心，認(rèn)為現(xiàn)在已不是打不打的問題，而是要在與日軍的第一次交鋒中打出八路軍的威風(fēng)來，給全國人民的抗戰(zhàn)情緒來一個(gè)振奮。其后，林彪派參謀人員去晉綏軍司令部聯(lián)絡(luò)，將作戰(zhàn)意圖傳達(dá)給其指揮官孫楚。當(dāng)日黃昏，孫楚派人送來了25日凌晨向平型關(guān)前日軍出擊的協(xié)同計(jì)劃。林彪、聶榮臻經(jīng)研究后，認(rèn)為與自己的作戰(zhàn)意圖相符。友軍從西北出擊，第115師從東南出擊，無論怎么打，都可利用平型關(guān)前公路和山地有利地形消滅由此經(jīng)過的敵人。

林彪遂著手進(jìn)行作戰(zhàn)部署，令陳光率343旅沿蔡家峪至白崖臺(tái)以西一線集結(jié)擔(dān)任主攻。其中以楊得志的685團(tuán)配置于白崖臺(tái)以西地區(qū)，配合友軍向東跑池及辛莊地區(qū)之?dāng)尺M(jìn)攻；以李天佑的686團(tuán)配置于白崖臺(tái)以東公路東南側(cè)，伺機(jī)伏擊從平型關(guān)敗退下來的日軍，爾后向東跑池方向發(fā)展進(jìn)攻；以張紹東687團(tuán)占領(lǐng)西溝村、蔡家峪、東河南鎮(zhèn)以南高地，斷敵退路并阻擊由靈丘、渾源方向來援之?dāng)常灰躁愬\秀688團(tuán)作為總預(yù)備隊(duì)。攻擊部隊(duì)全部在平型關(guān)東側(cè)山地隱蔽集結(jié)。隨后第115師將作戰(zhàn)部署電告了八路軍總部。

至此，一個(gè)在平型關(guān)前與日軍決戰(zhàn)的計(jì)劃已告齊備，只等著日軍進(jìn)圈套了。

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