第７集团军（辖第３４、第３５、第１９和第６１军）分别部署于平型关、茹越口和雁门关一线，企图凭借长城一线山地有利地形和既设阵地，阻止敌之进攻，保卫山西腹地。同时，国民党要求八路军先头部队迅速挺进至晋东北协同其坚守长城防线。
８月３１日，罗荣桓率领３４３旅从韩城芝川镇渡过黄河，进入山西。部队刚到侯马，就接到了北上平型关的命令。侯马在山西西南，平型关在山西东北。也就是说，从侯马到平型关几乎要穿越整个山西南北。
不过这次部队行动，阎锡山派出了接兵火车，准备沿同蒲路北上，把１１５师的官兵运到平型关。在乘火车北上途中的所见所闻，使广大指战员非常感动。在列车经过洪洞、临汾、霍县等车站时，成千上万的群众，携带着慰问品，在风雨中迎送１１５师的出征将士。车站两旁贴有很多标语，人们喊着很响亮的口号：
“热烈欢迎抗日的八路军将士上前线！”
“打倒日本帝国主义！”
“用鲜血保卫我们的每一寸土地！”
“中华民族万岁！”
“抗战胜利万岁！”
广大人民群众的抗日热情极大地鼓舞和教育了指战员们。民族的需要，人民的希望，自己的重任，一切的一切都摆在了眼前。那些在列车开动时一闪而过的身影，深深地印在了战士们的记忆中。有的战士开玩笑说：“谁说洪洞县里没好人？胡扯，好人多得很嘛！”
１１５师的将士们在沿途见的好人确实不少，但他们也见了一些不怎么样的人，或者说从根本上讲就是坏人——那就是大批溃逃的国民党官员。他们置老百姓的生死于不顾，带着搜刮来的财物，你拥我挤，仓皇地爬上南去的列车。老百姓骂他们是民族的败类。有的战士气愤地说：“要不是已经联合了，老子非毙了他们不可！”但也有的说：“他们往南跑去逃命，总比向北去投降日本人、当汉奸打中国人要强一点吧。”
在部队到达太原之前，路上还算比较顺利，没有遇到什么麻烦，但到了太原，就经常遭到日军飞机的轰炸。当部队进入原平车站时，接到通知，说前面的铁路已经被炸毁。这时离平型关还有１００多公里，为了抢时间，根据阎锡山的安排，部队改乘汽车前进。
杨得志奇遇
在乘汽车前进时，第６８５团团长杨得志遇到一件有趣的事。
他刚刚到任不久。“七七事变”时，他还在抗日军政大学学习。因为全面抗战爆发，为了抗日，杨得志就提前结业了。随后，他被聂荣臻要到１１５师任６８５团团长。杨得志的老单位是红１团，这个团当时被改编成师的独立团。就在准备上任的时候，却碰上老部队的几位战友，他们听说他要去６８５团当团长，都有些恋恋不舍，就动员他回独立团工作，这些战友说：“这是老红１团嘛，你为什么不回来？”
当时杨得志还非常年轻，转身就去找聂荣臻副师长，说：“我还是去独立团当副团长，６８５团的团长让别人去干吧。”
“为什么？”聂荣臻听完后，非常严肃地说，“你去６８５团是命令。命令下达了就要执行。形势这样紧张，部队在等着你，你马上去６８５团！”杨得志一想也是这么回事，也就再没有说别的。
因为６８５团早已出发。杨得志按师首长的指示，日夜兼程地赶往芝川镇。到了芝川镇，部队已渡过了黄河，一直赶到山西的侯马，才见到了自己的部队，并一同乘火车赶往平型关。
到了太原后，因日军轰炸，部队又改乘汽车。当时吉普车很少，团长也得乘卡车。当杨得志正要上车时，司机走到他的面前说：“首长，这一带全是山路，颠得厉害，你到驾驶室里坐吧。”
听他叫“首长”，杨得志感到非常奇怪，因为国民党士兵对上级从来是称职务或“长官”，这个司机却非常自然地用了红军中的上下级之间的称呼，这让杨得志感到迷惑不解。随后他找了一个理由，说：“你们的驾驶室里还有副手哩，我坐后边可以。”
“不，不。”那司机急忙解释说，“副手已经到另一辆车上去了。您来坐吧，不会出事的。”司机误会了杨得志的意思，还以为杨得志对他怀有戒心呢。
盛情难却，杨得志只好坐到驾驶室里。
开车以后，杨得志就同司机拉起了家常。原来，这个司机是河南人，已经开了１３年的车，刚调到山西来不久。杨得志问他是不是到过很多地方。“怎么说呢？”他点上一支烟，猛吸了两口，没头没尾地说，“你们到过的地方，我也到过一些。”他见杨得志不解，就惨然一笑，“最后一次‘围剿’你们，我就开车到了山西。后来你们长征——我们的长官说叫‘西窜’——我又开车跟过你们。我开车，没打过仗，可见过你们。我曾想跑到你们那里去，可又一想，共产党没有汽车，我又不会打仗，去送死呀？你想，我被抓来当兵，家里上有爹娘，下有老婆孩子。我死了他们咋活？现在，我虽然活着。但也不知道他们还喘不喘气哩！这回好了，共产党和国民党不打仗了，大家一块打日本鬼子，打完日本鬼子我就可以回家了。我不是当着您的面说好听的，要正儿八经打鬼子，还得靠你们呀！要是我跟着你们，让鬼子打死了，那也不屈。中国人嘛，还能让小东洋欺负着！”
听了司机朴素而真诚的语言，杨得志很感动：他当了这么多年的国民党兵，对国民党的本质认识不清是难免的，但对大多数中国人来说，无论他所处的位置如何，从事什么职业。只要国难当头，就有可能马上唤起他们的那颗爱国之心。同样，卢沟桥的炮声，唤起很多国民党官兵那颗未泯灭的良心，这位司机就是其中一个。
在这以前，杨得志曾接触过东北军、西北军的许多普通官兵，他还接触过庆阳县的县长和镇长们，特别是从侯马到太原这一路上见到的广大人民群众，他们都共同表现出拳拳爱国之心。是啊！偌大的一个中国，拥有四亿五千万同胞，只要真正团结起来，日本侵略军还够打的吗？同时他也深刻地认识到，中国共产党和平解决“西安事变”，进行第二次国共合作，建立广泛的民族统一战线，共同抗日的政策和策略，是何等的英明和正确。
在向晋西北挺进的过程中，１１５师的指战员发现，越往北走，遇到国民党败退下来的士兵就越多。这些残兵败将有的是在战场上一触即溃，有的根本就没见着日本鬼子。一听说日军来了，他们就闻风而逃。但在他们向南溃逃的路上，也不忘抢老百姓的东西。有的甚至竟跑到１１５师的驻地来了。
一次，杨得志在６８５团的驻地见一个溃退下来的国民党军老兵，就问道：
“你们为什么不在前方打日本？”
那个老兵魂不附体地说：“日本人太厉害了，太厉害了！”
“你们打上了没有？”杨得志又问。
“没有。”那老兵摇晃着脑袋，“连鬼子的影儿还没见着，上头就命令我们撤了。”
不但３４３旅遇到的情况如此，随后出发的３４４旅沿同蒲路北上时，沿途所见所闻与３４３旅基本相同。对于这一点，聂荣臻在其回忆录中写道：
“原平所见，使人触目惊心。国民党军队垮得一塌糊涂，真是兵败如山倒！一批又一批的溃兵，用步枪挑着子弹、手榴弹和抢来的包裹、母鸡等东西，像潮水般地涌下来。他们看到我们要往前线去，感到非常奇怪，向我们的战士散布失败情绪，说日军如何如何厉害。”
“我们的战士与他们争辩，有的溃兵说：‘你们别吹牛皮，上去试试吧！’战士们问：‘你们为什么退下来？’他们说：‘日本人有飞机坦克，炮弹比我们的子弹还多，不退下来怎么办！’战士们问：‘你们究竟打死了多少敌人？’回答说：‘我们还没见日本鬼子的面呢！’又问：‘为什么不和敌人拼拼？’
他们回答：‘找不到长官，没人指挥，打不了哇！’”
八路军的官兵们对国民党军队太了解了。这些溃兵没有跑过去当汉汗，就已经相当不错了。
日本侵略者碰上了软骨头的国民党军队，算是他们幸运。现在，八路军来了。因为他们的到来，平型关将闻名于世，八路军１１５师的将士们也将彪炳史册！
１１５师上寨妙算
为了协调八路军与友军的作战行动，周恩来、朱德、彭德怀等人多次与国民党第２战区司令长官阎锡山、副司令长官黄绍竑、卫立煌会谈，对保卫山西的作战计划、部署、兵力使用和八路军的任务，以及发动与组织群众，成立战地总动员委员会等问题提出了重要建议。并强调指出：八路军只宜在敌人的侧翼和后方进行游击战，担负袭击敌后方交通线和兵站据点的任务，不宜担负正面的阵地防御任务。为了积极配合第２战区友军防守平型关至茹越口和雁门关的内长城一线，八路军总部即令１１５师进至平型关以西的大营镇待机，准备迎击进犯平型关之敌。
９月１４日，林彪率１１５师先头部队３４３旅进抵大营镇，并派出侦察分队查明平型关地区的有关情况。从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窄谷道。其间，关沟至东河南镇１３公里的地段，沟深路狭。
平型关位于恒山、太行山两大山脉的交接处。两山夹谷中纵贯一条通道——蔚代（蔚县至代县）公路。公路从灵丘城伸出，沿唐河河谷西行２０公里经东河南镇，在蔡家峪村脱开河谷，转向西南平型关山区；再前行２公里，从小寨村入狭沟，至老爷庙出口，全长４公里，沟深１０至３０米，宽１０至２０米。沟左侧（西北面）是高山，势如峭壁；沟右侧（东南面）状如刀削，上沿与沟底平行。沟的出口处，左侧山势平缓，老爷庙傍山面沟，距出口处约４０米，右侧是一片不大的开阔地。行进方向２００米处是交太沟谷。此沟车辆不能通行；公路则沿西沟而上，前行１公里至辛庄攀山，再前行３公里至跑池村而达山顶，这里是平型关北侧隘口。总的来说，从灵丘到平型关的３０公里地段，分为三种地形：灵丘城至蔡家峪村（２０公里）是河谷川道；自蔡家峪村开始地形转为复杂（２公里），小寨至老爷庙（４公里）是险要地段；老爷庙至平型关（４公里）地形复转开阔。在这三种地形中，小寨至老爷庙的４公里地段非常适合于打伏击，因为这一带地形狭长，进入的部队和火器均无法展开，不能守也不能攻，如钻入风箱里的老鼠。林彪一下看中了这地方。
随后，林彪又带人察看了这一段地形。发现关沟至东河南镇１３公里的地段，沟深路窄，地形非常险要，两侧高地便于我军隐蔽部署兵力、发扬火力和展开突击，是伏击歼敌的理想战场。根据当时所掌握的情况，林彪决心抓住敌军骄横狂妄、疏于戒备的弱点，利用平型关东北的有利地形，出其不意，以伏击手段歼灭由灵丘向平型关进犯之敌，配合友军作战。为此，他令第３４３旅由大营镇前出至平型关东南的上寨地区隐蔽集结，并进行战前准备；同时命令正在沿同蒲路北上的３４４旅迅速向平型关地区靠拢。
在３４４旅还没有到达平型关之前，林彪就带人仔细地察看了平型关的地形，做到了心里有数。孙子曰：“知天知地，胜可乃全”。作为一支部队的指挥者，不能不掌握作战地区的地形情况。
２２日，日军第５师团第２１旅团一部，由灵丘向平型关进犯，并占领东跑池地区。
２３日，八路军总部命令１１５师向平型关、灵丘间机动，侧击该敌。
同日，聂荣臻带领３４４旅赶到了上寨。他告诉林彪说，部队都已经上来了，并向林彪询问当时的敌情和作战准备情况。林彪告诉他说，日军的大队人马正向平型关方向运动，这里的地形不错，可以打一仗。随后，林彪摊开地图，与几位参谋一起把平型关周围的地形情况和初步的作战设想介绍给聂荣臻，然后问聂荣臻有什么看法。因为聂荣臻刚刚到达作战地区，对详细情况也不大了解，所以没有提出什么修改意见，只是表示可以在这里打一仗。他当时认为，居高临下伏击敌人是很便宜的事情。这样，平型关作战的初步方案就大致确定下来。
当作战方案定下来以后，１１５师并没有向上级报告，因为根据当时的情况，这样的作战计划。前线指挥员有权根据情况决定。好打就打，只要事后报告一下就行了。事实上，八路军到山西以后距离中央军委已经很远，军委和总部对各部队的情况也不十分清楚。
１１５师的方案本来也没有必要向阎锡山通报，因为当时八路军虽然归阎锡山的第２战区控制，但国共双方有言在先，八路军的行动是“独立自主”，八路军进入山西后的行动用不着直接与阎锡山打招呼，如阎锡山有什么想法，可以直接与在太原八路军办事处的周恩来联系，或由八路军总部转达。可能是由于第一次国共军队在一起打仗，出于礼貌，林彪还是派人把自己的作战计划通报给阎锡山的部下、第３３军军长孙楚。
林彪和聂荣臻于２３日在上寨召开了全师连以上干部会议。进行深入的战斗动员。林彪在会上讲了１１５师的初步决心，命令师独立团和骑兵营在灵丘和涞源方向活动，扰乱敌人的后方，牵制和打击增援之敌；以３４３旅的两个团为主攻，３４４旅一个团到平型关北面断敌退路，一个团作师的预备队。攻击部队全部在平型关东侧山地设伏，准备给敌以猛烈的打击。
会议结束后，师部率主力于当日夜进至平型关以东之冉庄和东长城村地域。
２４日，国民党第２战区第６集团军给１１５师送来“平型关出击计划”，拟定以第７１师加上新编第２师及独立第８旅一部，配合１１５师向平型关以东的日军出击。
同日，１１５师的主要指挥员在师长林彪和副师长聂荣臻的带领下，对平型关地区又进行了现场勘察，并确定