七七事变后，日本帝国主义为实现速战速决的战略企图，迅速从日本国内、驻朝鲜的部队和关东军抽调兵力增至平、津地区，战火立刻蔓延到整个华北。为解华北危局，不待改编就绪的八路军115师分两批于8月22日和25日由陕西省三原县出发，经韩城县芝川镇东渡黄河，沿同蒲铁路向晋东北抗日前线挺进。
日军占领北平和天津后，日军华北方面军和关东军察哈尔兵团在华北的兵力骤增到37万余人。
1937年8月，日军以北平（今北京）、天津地区为出发地，兵分三路发起进攻。第一路以1个半师团的兵力沿津浦路向南进犯；第二路以1个师团的兵力沿平汉路南犯，进窥河南；第三路以3个师团的兵力沿平绥路东段，同蒲路北段向西进犯。第三路为日军主攻方向，其西进的企图是由晋北打开通路，歼灭国民党第二战区主力，攻占太原，以大迂回的动作，迫使国民党的军队撤退，达到不战而占领华北五省的目的。
为了实现这一企图，西进的日军又兵分两路向太原方向推进：一路由关东军察哈尔派遣兵团和两个独立混成旅团，沿同蒲铁路南进，经雁门关直取太原；一路由日军第5师团向浑源、灵丘进攻，企图突破平型关与沿同蒲铁路南进之敌会师雁门关。
雁门关、平型关是国民党军长城防线的两道关口，也是日军进攻太原的必经之地。日军一旦攻取两关，即可长驱直入，兵临太原城下，太原唾手可得。由于雁门关地势比平型关更为险要，又有重兵把守，难以从正面夺取，而平型关地处山西和河北交界的地方，是个比较薄弱的环节。因此，日军将其主力第5师团用于平型关方向，企图由平型关一举突破长城防线，取下代县，卡断雁门关后路，从背后攻取雁门关，然后与雁门关正面的日军合兵一处，直扑太原。
进犯平型关的日军，是其陆军中的王牌——第5师团。它编成于明治21年，是日军部队中历史最长的师团之一，曾参加过第一次中日战争和日俄战争，为日本帝国主义的对外扩张立下了赫赫战功。它的指挥官板垣征四郎是有名的中国通，“九一八”事变时他在关东军当参谋，当时的军衔是大佐。“九一八”事变之后，日本在东北组织伪满洲国，板垣征四郎作为关东军的代表同溥仪进行了谈判。正是因为他组织傀儡国有功，所以在卢沟桥事变爆发之前，就已升任为中将师团长了。
而此时的国民党军，由于执行对日消极抵抗政策，作战又缺乏信心，因此，在日军强大的攻势面前，节节败退，致使日军频频得手。8月底，西犯日军即占领了南口、张家口，至9月中旬，又攻陷大同、广灵和蔚县，矛头直指太原。
在板垣的带领下，日军第5师团继攻取阳原、蔚县、广灵之后，又气势汹汹地杀往浑源、灵丘，直逼国民党长城防线。9月16日，第5师团第21旅团以其第21联队主力由广灵进占浑源县城。同日，第5师团第9旅团主力由蔚县南下，占领涞源。20日，第21旅团又以2个大队的兵力南下，占领了与平型关近在咫尺的灵丘。对日军来说，攻占平型关已指日可待。平型关顿时陷入十分危急的境地。
平型关，古称“瓶形关”，这个因关前谷地形状如“瓶”而得名的雄关险隘，自古就是兵家必争之地，曾经是汉武帝刘彻北击匈奴、北宋杨家将抗辽守边之所。它位于山西省灵丘县西乔沟一带，是古长城上的重要隘口。关口北面是恒山山脉，南面是有名的佛教圣地五台山。这里层峦叠嶂，幽谷深邃，最险要的乔沟段，长约7公里，四周崖高数丈，陡峭如削，一条狭长山路蜿蜒其间，东通冀北，西抵雁门，是晋冀两省的门户。