战役的兵力部署
⑴平型关正面。由第六集团军总司令杨爱源在大营前指挥孙楚的第33军和高桂滋的第17军及第73师（73师是孙楚指挥的，布防区域与17军连接），布防于平型关、团城口南北线上，右起五台山东北，排列独立旅3旅、73师、独立旅8旅于平型关正面；北面团城口内并列17军的84师和21师各就已设阵地，掩护雁北各部撤入雁门山、恒山以内，先凭险阻击并消耗敌人，再主动向南转移，分从大营、沙河隐入五台山，为南机动兵，待机出击。
⑵雁门关北侧。主战场的北侧依恒山、雁门山为屏障，除置刘茂恩第15军于恒山外，以34军第101师和梁鉴堂旅分守北娄口、茹越口间的已设阵地。重点于繁峙北的茹越口，从太原来的姜玉贞旅到繁峙以北地区归入34军序列。
以王靖国19军及方克猷旅到附属山野炮各一团右连接34军扼守五斗山、马兰口、虎峪口至雁门关、阳方口间的已设阵地，保持重点于代县、雁门关间。姜玉贞之独立旅先控制阳明堡，对雁门关重点策应。
⑶决战地带。沙河及繁峙城间地区为决战地带。以刘潭馥200独立旅附山炮营置于沙河镇东，占广大正面，东连孙楚兵团，北连刘茂恩军，对从平型关方面入侵之敌人以逐次抵抗方式诱至繁峙，使之胶着于繁峙城东的主决战阵地前。以第一、二预备军各附一个山炮营于繁峙城的南北线上，以五台山的北台顶、繁峙城垣、恒山顶为支撑点，构成对平型关方面入侵之敌的坚强抵抗阵地。第一预备军在南，保持重点于五台山北麓；第二预备军在北，保持重点在繁峙城，吸引敌人使之胶着于主阵地前，以利于南北机动兵团钳击。
⑷机动兵团。傅作义指挥31军、15军为北机动兵团，从繁峙展开，孙楚指挥以17军为主力的南机动兵团，从团城口一带出击，以孟宪吉旅及73师抄袭平型关，断敌后方。
阎锡山把这个部署自诩为“口袋阵”。他特别重视口袋底阵地，亲召陈长捷、郭宗汾两军长到岭口行营，面授要领，并命令他们同到繁峙、沙河间周密勘察主阵地，同时派高参到平型关、团城口、恒山等处，向孙楚、刘茂恩、高桂滋等传达指示，又把屡违节制、不肯力战的原61军军长李服膺拘押起来，以肃号令。
战役的主要过程
1、阎锡山、周恩来会商战役计划，国共军队为御外侮协同作战
为了协调各部队行动，第二战区司令长官阎锡山以及副长官朱德、黄绍、卫立煌、周恩来、彭德怀等多次会商作战计划。周恩来、彭德怀和阎锡山在岭口村傍山坡一个窑洞里进行长时间会谈。周恩来分析形势，指出目前虽然敌强我弱，但只要动员全民，团结奋斗，就可削弱敌人，壮大自己，最后打败日军。阎锡山要求周恩来协助制订第二战区作战计划。周恩来洞察时局，成竹在胸，只用一天时间就拟定了计划。阎锡山惊佩不已，连叹：“写得这样快，这样好，如能这样打，中国必胜。”
1937年9月11日，日军犯广灵。孙楚的73师被迫退至平型关南翼，阎锡山急调孟宪吉旅抢守平型关。孟旅于19日赶至平型关，与进攻之日军激战两昼夜，日军攻势顿挫，专攻团城口。八路军115师于6月20日迅速越过五台山向灵丘急进，22日从平型关南翼潜出，隐伏于灵丘以南的太白山区，24日在平型关东20里的东河南公路两侧地区部署对敌后的抄击。115师派到大营同孙楚联络的高参袁晓轩把115师进入敌后的进展情况通知孙楚，希望平型关各方面友军和八路军的敌后抄袭适时配合，争取平型关围歼敌人的胜利。
2、团城口激战失守，郭宗汾出击被围
阎锡山得知八路军进展情况后，即派预备军加强平型关北翼的出击力量。孙楚为配合115师抄袭敌后，即令郭宗汾的预备第2军联系团城口高桂滋指挥的84师出击。23日夜，敌人曾对东西跑池高地发起猛攻，高桂滋部反攻，伤亡近两千人，损失惨重。
高桂滋认为八路军配合围歼板垣师团，实际上是一种虚构的空想，同时也认为孙楚师有意牺牲他们以便晋军独占风头。于是他不顾大局，于9月24日擅自放弃团城口阵地，让郭军贸然出击。
郭宗汾军对团城口失守一事一无所知，仍以陈光斗旅附山炮一连向六郎城进击，拟带动21师与挺进大、小寒水岭的115师联合行动，绕击敌侧后。以第2军主力沿迷回村和东西两跑池一线，越过高桂滋84师阵地，攻平型关敌后。
主力纵队接近迷回村时，便向东西两跑池村分进。25日拂晓前，郭军通过涧头、迷回村前进时，突然遭受来自团城口方面工事里机炮火力猛烈袭击，郭部大乱，还以为高桂滋部联络不当。受到更猛烈的打击后，才知高部已悄然撤离。团城口、鹞子涧和东西两跑池一带阵地都被日军占领，郭军主力被压迫于迷回、涧头一侧。
经连续苦战，郭军损失三分之一左右，官兵极度疲惫。幸亏此时115师于平型关敌后的东河南以西地区伏击敌人获得大捷，一部挺进于大、小寒水岭上，使得郭军被隔于六郎城之旅可以依为掎角，相互牵制鹞子涧敌人的行动，保证了郭军主力未被全包围，得于迷回、涧头间占稳了敌人通往后方公路的侧面阵地，钳制了东西跑池之敌，使之不敢直扑大营。
3、平型关大捷
9月14日，115师先头部队进抵大营，派出侦察部队调查平型关地区地理情况和敌情，为平型关歼敌做各种准备。23日，林彪、聂荣臻在上寨召集干部会议，作出初步计划。24日，第二集团军、第六集团军送来“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115师向平型关以东的日军出击。
24日晚，林彪在电话上同孙楚说：“萃崖（孙楚字），我师已达目的地，准备明日拂晓出击，请你们派部队协助，先把此股敌人歼灭。”孙楚答：“好极了，我命郭宗汾师长率4个团从平型关左翼出击。”
林彪师长即命令部队25日零时出发。战士们顶着狂风暴雨，涉急湍山洪，在拂晓前到达了指定地区，把全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上。343旅之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军之独立8旅，115师第344旅，687团断敌退路并打援敌，688团作为预备队。这一部署使得进攻平型关的敌人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。
此时战士们只着单军装，又破又烂，经半夜冒雨急行军，被汗雨湿透。晋北9月下旬夜间气温已很低（9月19日中秋节，平型关、恒山、雁门关一带曾降大雪），战士们又冷又饿，但伏于湿地、山岩上待命，士气高昂。
25日晨5时半左右，敌第一辆汽车进入伏击圈，聂荣臻传令：沉住气，无命令不许开火。等敌后板垣师团第21旅团千余人及汽车、大车300余辆进入伏击圈后，115师某团5连连长曾贤生率全连首先向敌冲杀，用手榴弹炸毁敌人最后一辆汽车。敌人退路被截断，于是拼命冲杀，反复争夺公路两侧制高点――老爷庙。敌人争夺失败，预示着被围歼的灭顶之灾，于是企图冲破独8旅阵地逃命。独8旅把一线配备改为纵深配备，拼死抵抗。
激烈的战斗持续到27日白天，敌人终未能冲破包围，敌板垣师团21旅遭歼灭性打击。因为敌人死不缴械，千余日军全部被击毙，我军伤亡也很严重。据阮受贤回忆，115师约有900人伤亡，《抗战以来的八路军、新四军》一书认为：我团营干部五人负伤，以下近千人伤亡。第5连百名壮士，凯旋时只剩30多人，连长曾贤生壮烈牺牲。战斗极为残酷，独8旅3个团一个补充营5000多人，损失一个团。
平型关大捷，歼敌1000多人，毁敌汽车100辆，大车200辆，缴获步枪1000多支，轻重机枪20多挺，战马53匹，另有其他大量战利品。这是中国抗战开始后取得的第一次大胜利，它粉碎了“皇军不可战胜”的神话，振奋了全国人心，鼓舞了全国人民的抗战热情。它有力地打击了日军的嚣张气焰，迟滞了敌人的进攻，迫使敌人进至浑源和保定的一部分兵力转移到平型关方向，因而有力支援了平汉铁路和同蒲铁路友军的作战，使已陷入敌围的出击部分郭宗汾部得到支援，免于被歼之险厄。
4、团城口反攻战
如前所述，郭宗汾部被围后，阎锡山鉴于杨爱源、孙楚缺乏统御各军的能力（高桂滋擅自弃守团城口，致使郭宗汾部出击被围），遂令傅作义进至大营，负责平型关战役的总指挥，并调陈长捷61军急援平型关。61军到达后（25日），以梁春溥旅程继贤团攻击涧头敌人，程团士气高涨，一气冲上迷回北山，敌两次反扑，均被击退。陈长捷军吕瑞英旅之刘崇义团攻占西泡池，救出困守的郭军一部，又攻东跑池。入夜，敌我双方对峙。
5、鹞子涧激战
26日，日军为阻击陈61军进攻，从鹞子涧和平型关正面抽兵来援（故团城口反攻战实有利于26日115师歼日军500余人的战斗）。占领迷回北山的程团官兵曾屡次上书请战，为国杀敌立功。这次一举攻下迷回北山，连挫敌人反扑之势，不待旅部主力到来，即如脱弦之箭，一举占领鹞子涧。
鹞子涧，位于团城口和迷回村之间，是平型关西路屏障，向西南经迷回、涧头、齐城可达大营、沙河一线，进入山西中北部，构成对繁峙、代县、忻口的威胁，所以敌人必拼死争夺此据点。26日，日军集中优势火力，在猛烈炮火掩护下，向程部反扑，程团长指挥士兵与敌人肉搏拼杀。由于兵力悬殊，敌人冲入村内，程团无一人后退，和敌人逐院争夺。敌援军不断增加，程团弹尽援绝，全团官兵近千人，包括团长程继贤全部壮烈牺牲。程团屡立战功，以未满千人与超过一个联队的强敌拼杀，令敌胆寒，为大部队歼敌赢得了战机，程团长英雄事迹可歌可泣。
6、东跑池血战
东跑池位于平型关偏东北，为保平型关正面要点，孙楚33军之独立8旅在此布防，从9月23日到26日，敌我双方反复争夺东跑池，来来回回，形成拉锯战。据当时的一营营长回忆：他亲眼看到山坡上的敌尸累累。27日，孟宪吉旅长亲到阵地督战，看到一营血战5昼夜，原有500多人的一营，只剩148人，遂令622团接防。
7、茹越口失守，全线撤退
我军在部署对平型关之敌的围歼决战，敌东条纵队乘平型关鏖战之机，于9月28日一举突破恒山、雁门关的接合部茹越口，杨澄源的34军退入繁峙。为保卫平型关战场安全，梁鉴堂旅长亲率仅有的一营人冲杀，企图夺回山口，但是兵力太少，梁旅长和大部分官兵牺牲，王靖国又急命方克猷旅长反攻茹越口，方旅长又被敌冲垮。29日，敌占繁峙城，严重威胁我主战场侧后。9月30日，阎锡山召集前线将领会议，决定全线撤退。10月2日夜，全线开始撤退，平型关撤退，平型关战役结束。
平型关之战历时一个月（从9月3日制定作战计划到10月2日全线撤退），战场绵延数百里，我方投入兵力10多万人，达11个军，历经大小战斗数十次。据日本军方显然缩小了的资料记载，日军死伤8562人。我方伤亡尚无确切统计，但大大超过日军则无疑。这次战役有作战计划、作战方针，有战略目标及战役目标。据此可断，平型关之战是一中等规模的战役，忽视它作为战役的地位和作用，既不科学，也不公正。
平型关战役迟滞了日军进攻，打乱了敌人侵华计划。战役中，国共军队相互配合，创造了像平型关大捷这样光辉的战例。国民党军队出现了像程继贤团、梁鉴堂旅（茹越口之战）、姜玉贞旅（平远之战）这样一些可歌可泣的英雄部队，成为我华夏御侮史上的壮丽篇章。
平型关战役是国共合作、共创民族抗战伟业在战役上配合的典范。从阎锡山把指挥部设于岭口，到与八路军总政委周恩来、副总司令彭德怀共商作战计划；从高桂滋、陈长捷军在平型关正面布阵迎敌，到115师抓住友军制敌之机，奇袭板垣师团第21旅团；从团城口程继贤全团殉国予敌重创，减轻115师压力，到115师派部队迎接郭宗汾军，使之免遭围歼；从阎锡山接受周恩来建议，建立战地动员会，到115师吸收友军阵地战、阻击战经验，整个战役过程中无不闪烁着民族团结精神的光辉，体现出在民族团结、共赴国难的旗帜下，相互取长补短、共谋民族大业的胸怀和气魄，同时也为新形势下的国共合作积累了经验。
