淞沪会战打响后，抗日战争主战场由华北扩大到华东，抗日战争进入全国抗战的局面。为适应形势发展，8月22日到25日，中共中央政治局在陕北洛川举行扩大会议。参加会议的政治局委员、中央委员和各方面主要负责人毛泽东、周恩来、朱德、任弼时、关向应、刘伯承、贺龙、彭德怀、林彪、聂荣臻、罗荣桓、徐向前等23人。
毛泽东在会上作关于军事问题和国共两党关系问题的报告，并作总结。会议通过了《中央关于目前形势与党的任务的决定》、《中国共产党抗日救国十大纲领》和毛泽东为中央宣传部起草的宣传鼓动提纲《为动员一切力量争取抗战胜利而斗争》。
会议分析了全国抗战开始以后的新形势和战争的持久性，指出共产党同国民党的争论已经不是应否抗战的问题，而是如何争取胜利的问题，并指出争取抗战胜利的关键是实行共产党的全面抗战路线，为此，会议决定：必须坚持统一战线中无产阶级的领导权；在敌人后方放手发动独立自主的山地游击战争，使游击战争担负配合正面战场、开辟敌后战场、建立敌后抗日根据地的战略任务；在国民党统治区放手发动抗日的群众运动，争取全国人民应有的政治经济权利；以减租减息作为抗日战争时期解决农民问题的基本政策。
会议决定新的中共中央军委由11人组成，毛泽东为书记(也称主席)，朱德、周恩来为副书记(也称副主席)。会议期间，中央常委决定成立中央军委前方军委分会（后称华北军分会），朱德为书记，彭德怀为副书记；同时决定成立“长江沿岸委员会”，周恩来、秦邦宪、叶剑英、董必武、林伯渠为委员，周恩来为书记。
8月25日，中共中央军委发布中国工农红军改编为国民革命军第八路军的命令。朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，叶剑英任参谋长，左权任副参谋长，任弼时任政治部主任，邓小平任政治部副主任。下辖三个师：第一一五师以原红军第一方面军和第十五军团为主编成，师长林彪、副师长聂荣臻、政训处主任罗荣桓；第一二〇师以原红军第二方面军为主编成，师长贺龙、副师长萧克、政训处主任关向应；第一二九师以原红军第四方面军为主编成，师长刘伯承、副师长徐向前、政训处主任张浩。
全军编制四万五千多人。8月下旬至9月底，3个师的主力陆续开赴山西前线抗日。以第一二九师、第三八五旅（不含第七六九团）为骨干组成后方总留守处，担负保卫陕甘宁边区的任务。9月11日，国民政府军事委员会改第八路军为第十八集团军，总指挥部改称总司令部，总指挥、副总指挥改称总司令、副总司令。10月，中共中央军委决定在八路军中恢复政治委员和政治机关原有制度，将政训处改称为政治部（处）。任命聂荣臻为一一五师政治委员（聂荣臻调任晋察冀军区司令员兼政治委员后，罗荣桓任政治委员），关向应为一二〇师政治委员，张浩为一二九师政治委员（1938年1月由邓小平接任）。八路军出师前后，中国共产党在西安、太原、上海、南京、武汉、长沙、桂林、兰州、迪化、重庆、广州、香港、南宁、洛阳、贵阳等地公开设立八路军办事处或八路军通讯联络机构。中国共产党通过这些合法机构加强了在国民党统治区的工作，动员群众，团结各界爱国人士参加抗日斗争，支援敌后抗日游击战争。
9月5日 中共中央代表周恩来和八路军部分领导人彭德怀、林彪、聂荣臻、徐向前、萧克等到达太原，会见山西省政府主席赵戴文等。7日，周恩来、彭德怀等赶往代县太和岭口行营指挥部同阎锡山等会谈，商定八路军进入山西后的活动地区、指挥关系、作战原则以及成立第二战区各级战地总动员委员会等事宜。
日军攻陷平津后，分兵沿津浦、平汉、同蒲三条铁路南下，意图夺取整个山西。9月12日，日军攻陷大同，兵锋直指平型关，第二战区司令长官阎锡山命令主力在平型关正面布防。9月25日，八路军115师在敌侧后方进行伏击，取得歼敌1000余人的“平型关大捷”。
平型关是明朝内长城关口之一，位于山西省大同市灵丘县和忻州市繁峙县交界处的平型岭脚下，明朝正德六年修筑明朝内长城时经过平型岭，并在关岭上修建城堡。平型关城虎踞于平型岭南麓，呈正方型，周围九百余丈，南北东各有一门，门额镌刻“平型岭”三个大字，南北两侧岭上有明长城。平型关在雁门关的东部，古称瓶形寨，以周围地形如瓶而得名。金时为瓶形镇，明、清称平型岭关，后改为平型关。历史上很早就是军事要地。
平型关北部有恒山高耸，南部有五台山巍然耸立，海拔都在1500米以上。这两山之间是一条狭窄的低地，平型关所在的平型岭是这条带状低地中隆起的部分，所以形势很险要。由于恒山和五台山都是断块山，十分陡峻，成了晋北的交通屏障，因此这条带状低地便成为河北平原北部与山西相通的最便捷孔道。一条东西向古道穿平型关城而过，东连北京西面的紫荆关，西接雁门关，彼此相连，结成一条军事防线，是北京西面的重要屏障。
1937年9月中旬，侵华日军攻占了山西北部的重镇大同，并且占领了周围各县。9月20日，日军第五师团一部侵占灵丘，21日，日军第二十一旅团长三浦敏事率领步炮6个大队分两路向平型关一线进犯，企图突破平型关防线与雁门关以北日军汇合攻占太原，进而占领山西全省。22日，日军开始向平型关、东跑池、团城口等内长城各主要阵地发动进攻，并派战车、飞机助战，受到第二战区守军第七十三师、独立第八旅、第八十四师的顽强抵抗，战斗十分激烈，敌我双方伤亡惨重，使日军连续三天的进攻并无进展。
在东跑池指挥作战的三浦敏事，急忙给师团长坂垣征四郎派兵增援。为阻止日军突破平型关防线，阎锡山命令傅作义率领两个旅增援，并给八路军总司令朱德发报要求八路军配合作战。朱德收到阎锡山的电报，经请示中央军委，命令八路军115师师长林彪，在平型关一带给日军一个狠狠打击。
9月23日，林彪、聂荣臻在干部会议上作出初步计划。24日，国军第2集团军总司令刘峙、第6集团军总司令杨爱源送来“平型关出击计划”，拟定71师附新编第2师及独立8旅一部配合八路军115师向平型关以东的日军出击。115师主力布置在平型关到东河南镇10余里长的公路南侧山地边缘。343旅的686团位于白崖台附近，左侧是685团，右侧是687团，口袋底是第33军的独立8旅、115师第344旅，687团断敌退路并且负责打日军援军，688团作为预备队。这一部署使得进攻平型关的日军完全处于包围圈伏击之中。八路军同时又以一部从关沟出发，主动接应郭宗汾的出击部队。
为了打好这一仗，林彪曾三次到平型关乔沟一带进行实地勘察。第一次是他带着参谋人员和电台去的。首先到平型关关口，爬上关口北侧的山岭，对着地图观察平型关以东的山势、河沟、村庄和道路。然后下山沿西跑池、东跑池公路到乔沟至东河南，察看峡谷公路两侧的地形地貌；第二次是他化装去侦察的。重点勘察了老爷庙前的地形和乔沟南侧山地地貌，一个完整的伏击战计划在林彪脑海里基本形成;第三次是在上寨动员会后，林彪和聂荣臻带着旅长、团长们去侦察的，并在现场向各团指定了埋伏地点，明确了师、旅、团指挥所的位置。
9月23日，朱德、彭德怀在给林彪的指示中指出：“敌于昨夜以来，忽奇袭国民党军平型关阵地，现正激战中，第115师即向平型关、灵丘间出动，机动侧击向平型关进攻之敌，但须控制一部于灵丘以南，保障自己之左侧。”
同日上午，第115师在灵丘以南的上寨村召开了全师连以上干部动员会议。会上，师长林彪分析了战局，讲明第115师的胜利条件；副师长聂荣臻作了深入的政治动员，着重阐明为什么打这一仗和如何打好这一仗；并确定了具体兵力部署：第115师以第343旅第685团先敌占领关沟至老爷庙一线南侧高地，截击敌先头部队，即“拦头”；以第686团占领老爷庙至小寨村一线南侧高地，实施中间突击，分割沿公路进攻之敌，尔后向东跑池方向发展进攻，即“斩腰”；以第344旅第687团占领蔡家峪、西沟村和东河南镇一线阵地，断敌退路，即“断尾”；以师直独立团和骑兵营进抵灵丘至涞源、广灵之间(腰站)，阻击敌人增援；以第688团作为师预备队，部署在东长城村。
会议强调：“中华民族正在经历着巨大的考验！我们共产党人，应该担当起，也一定能够担当起这救国救民的重任！”
战斗前，115师的部队在冉庄集结。24日傍晚，林彪和聂荣臻下达了各旅、团出击的命令：第343旅于24时出发进入白崖台一线埋伏阵地，第344旅随后跟进。午夜24时，部队按时开进。为了隐蔽，各部选择了难走的崎岖小路。当时大雨如注，同时伴随着大风，加上天黑路滑，行动十分困难。全团上下衣服被淋得透湿不说，几乎都成了"泥人"。深秋，山区的夜晚已是很冷，指战员一个个冻得直打哆嗦。
紧随着暴雨的是山洪突然暴发，奔腾的洪水挡住了八路军官兵前进的道路，此时战士们只能把枪和子弹挂在脖子上，手拉着手或者拽着马尾巴从齐腰甚至齐胸深的急流中躺过，向预定的埋伏阵地急行，经过一夜的风雨行军，到9月25日清晨，115师按照预定时间赶到了伏击阵地，并迅速构筑工事实施伪装，一夜风雨过后，加上天气寒冷透骨，官兵们浑身上下全被洪水泡成了"黄泥汤"，冻得干部战士两腿麻木。当天，独立团到达灵丘与涞源之间的腰站，并打了一个遭遇战。
25日拂晓前，第685、第686和第687团全部进入预伏阵地。队伍在公路南的山沟里隐蔽下来，天还是阴沉沉的，冷风飕飕，又不许生火，战士们只好穿着湿漉漉的衣服在山沟里等待作战命令。同时，以第344旅一部隐蔽进入了东河南镇以北的一个高地，师指挥所则设在沟东南便于观察指挥的山头上。此刻第115师已经作好了一切战斗准备。
