日本帝国主义为实现其以武力吞并全中国的侵略计划，继侵占中国东北三省和热河，冀东之后，于1937年7月7日制造卢沟桥事变，悍然发动了全面侵华战争。中国驻军第29军第37师第110旅广大爱国官兵奋起抵抗。从此，开始了中国人民伟大的抗日民族解放战争。
日本发动全面侵华战争后，采取“速战速决”战略，从华北、上海两个战略方向对中国发动大规模进攻，企图在3个月内灭亡中国。在华北，日军占领平津地区后，迅即从国内增兵，沿平绥、平汉、津浦路发展战略进攻，企图迅速歼灭华北地区的中国军队，进而夺取察，绥、晋、冀、鲁5省，占领黄河以北广大地区，8月31日，日军撤销中国驻屯军，成立华北方面军，以寺内寿一为司令官，下辖第1军（香月清司，辖第6、第14、第20师团）、第2军（西尾寿造，辖第10，第16，第108师团）和直属第5、第109师团、中国驻屯混成旅，临时航空兵团等。共辖2个军，8个师团、17个旅团和1个临时航空兵团及其他特种部队，外加关东军察哈尔派遣兵团4个独立混成旅团和2个支队，共约37万人。日华北方面军根据日参谋总部关于进行华北会战的命令，于9月4日制订《华北会战指导方略》，规定将会战的重点置于河北中部的平汉沿线，由第1军担任该线作战，第2军负责津浦路作战。为保证第1军在重点方向平汉路作战，令担任平绥路作战的第5师团南下蔚县，以确保平汉路的右侧安全，并从蔚具南下，参加河北中部会战。
全国抗战开始时，根据对日防御作战的需要，国民政府军事委员会于8月20日颁布全军战斗序列，并将平汉，津浦路沿线地区划为第一战区，军事委员会委员长蒋介石亲兼司令长官；晋、察、绥3省划为第二战区，以阎锡山为司令长官。两战区担任华北防御作战任务，所辖兵力共6个集团军，24个军（军团、路军），53个师另21个旅和其他部队，约60万人。但由于实行片面抗战路线和单纯防御的战略方针，在日军大规模战略进攻面前，节节败退。华北战局迅速恶化。
根据国共两党达成的协议和国民政府军事委员会8月22日关于将中国工农红军主力改编为国民革命军第八路军的命令，中共中央军委于8月25日发布命令，将中国工农红军第一，第二、第四方面军和陕北工农红军改编为国民革命军第八路军（9月11日，按全国统一的战斗序列，改称为第18集团军），以朱德、彭德怀为正、副总指挥（9月11日改称正、副总司令），下辖第115、第120、第129师和总部直属部队，共计4.6万人。8月下旬，中共中央政治局洛川会议确定八路军的基本任务是：创建抗日根据地，钳制与消耗敌人，配合友军作战，保存和扩大自己。战略方针是：独立自主的山地游击战。作战地区为冀察晋绥4省交界地区。
8月22日，正当日军对华北展开多路进攻，国民党军队节节后退之时，中共中央军委未等八路军改编就绪，即命令第115师主力从陕西三原地区誓师出征。8月31日，该师经韩城东渡黄河，至侯马，乘火车沿同蒲路北上，挺进晋察冀交界地区。9月3日，八路军总部与第120师主力分别由陕西浸县云阳镇和富平县庄里镇出发，跟随第115师之后，向华北抗日前线挺进。9月30日，第129师主力亦由富平庄里镇出发，东进北上，开赴华北前线。
正当八路军日夜兼程奔赴抗日前线之际，沿平绥路西进之日关东军察哈尔派遣兵团于9月13日占领大同后，以一部继续向绥远进攻，主力则沿同蒲路南下。与此同时，日军华北方面军第5师团，亦由平绥路东段之宣化南下晋察冀交界地区。中国第二战区部队退守平型关至茹越口内长城一线。9月中旬，日军华北方面军7个师团沿平汉、津浦路南犯，突破中国第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
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