平型关四面环山，峰峦叠嶂，地势极为险要。一条峡谷古道穿关口而过，西抵雁门，东通京蓟，自秦汉以来即为军事要隘、兵家必争之地。历史上这里曾发生过多次战事。
平型关是晋东北的一个咽喉要道，两侧峰峦迭起，陡峭险峻，左侧有东跑池、老爷庙等制高点，右侧是白崖台等山岭。
平型关山口至灵丘县东河南镇，是一条由东北向西南伸展的狭窄沟道，地势最险要的是沟道中段，长约十多公里，沟深数十丈不等，沟底通道仅能通过一辆汽车，能错车的地方极少，而南北沟岸却是比较平坦的山地，是伏击歼敌的理想地。
林帅在仔细勘察地形后，几经研究讨论，最后下达作战部署：685团和686团于24日晚进入白崖台一线埋伏，伏击老爷庙至关沟一带之敌；
687团埋伏于小寨村东面山地，专打敌人的后续部队；独立团深入敌后，插到腰站地区，切断敌人从涞源至灵丘的公路运输线，阻击涞源、广灵两个方向的日军援军，保证主攻部队歼灭平型关正面之敌。
345旅（原时空中不存在）充当总预备队，但伏击击溃日军主力后，由345旅负责收尾，务必对日军实现全歼。
25日凌晨5时，除687团还在向伏击区开进外，其余部队均已进入了伏击地区，并按照所分任务在各自的位置上潜伏起来，静静地等待着日军的到来。