这种前后矛盾、举止失措的部署，使本已风雨飘摇的平型关防线变得脆不可弱。
最先同日军第21旅团接火的，是新编第11团的一个营，孙楚派他们到东河南镇与小寨间的蔡家峪附近破坏公路，意图延缓日军机械化部队的进攻度。进攻此处阵地的是日军第21旅团长三浦敏事的两个大队。守军虽没重武器，仅有两挺轻机枪，但是地形有利，居高临下，靠手榴弹居然坚持到中午才被击溃。
三浦集合起已有较大伤亡的两个大队，边修路边前进。再往前，便碰上了第33军独8旅第623团。独8旅的官兵们在坚守了一天一夜后，三浦敏事仍未能突破他们的防线，攻势顿挫。第21旅团被迫改变主攻方向。
就在此时，坚守平型关正面团城口的第17军军长兼第84师师长高桂滋擅自放弃阵地，使得平型关一下子就凸显出来。
就在这一天，三浦敏事少将指挥第21旅团主力向平型关正面起攻击。
23日早晨，聂荣臻接到了****来的加急电报，让他带师参谋长周昆、第344旅旅长徐海东立即赶到上寨，参加上午召开的作战会议。从下关到上寨约25公里远，聂荣臻等人随便吃了点饭，骑马赶路。路过一个山口时，他们不由自主地勒马立住。这时，他们清晰地听到了平型关方向传来的隆隆炮声。
为了更加准确地掌握平型关地形，****紧接着又带几个团一级的干部和参谋人员去了一次。他穿着不知从哪儿弄来的一件老百姓的破大褂，腰里扎一根布带，头上扣了顶山西人喜欢戴的毡帽，那样子活像一个当地的农民。
看地形回来，警卫员杨兴桂感觉很累，一躺下就睡着了。半夜醒来，他看到****还没有睡，此时，****的眼睛紧盯着摊开在桌子上的地图，锁着眉头在沉思。
9月24日下午，第115师召开营以上干部大会，进行战斗动员。
会议由政训处主任罗荣桓主持，****先讲：“同志们。中华民族正在经历着巨大的考验，我们**人，应该担当起，也一定能够担当起这救国救民的重任，我们要在日寇进攻平型关时，利用这一带的有利地形，从侧后猛击一拳，打一个大胜仗，给友军一个配合，给人民一个振奋。”
末了，****振臂高呼：“打倒日本帝国主义，中华民族解放万岁。”
紧接着副师长聂荣臻讲话：“同志们，林师长的讲话非常精要。我们必须要打好这一仗，先，因为我们是第一次同日本鬼子打仗，战必胜嘛；其次，现在友军节节败退到内长城线上，士气不高，需要我们打好这一胜仗，鼓舞他们的作战情绪；再次，敌人的气焰十分嚣张，我们必须给敌人一个打击，粉碎所谓“皇军不可战胜”的神话；最后，我们必须打胜，以鼓舞全国人民的抗战信心”
由于高桂兹的逃跑，东、西跑池，团城口，鹞子涧一带2公里宽的防御地段落入敌手，而孙楚等人却一直被蒙在鼓里。
后来，阎锡山在提到平型关战役失败，而独让八路军以大捷的威名扬于中外时，曾极为愤慨地说：“高桂滋放弃团城口，败坏大局，比刘汝明放弃张家口，更为可杀！”
1937年9月25日拂晓。
聂荣臻举起胸前的望远镜。他看到，在关沟两侧的树丛下、荒草中以及冰凉的山地上，部队隐蔽得非常好，战士们，正忍受着饥饿寒冷和雨水的困扰，趴在潮湿的阵地上，等待战斗。
第115师指挥所设在白崖台北面山峦前的一个土包后面，土包上丛生着杂草和树木。这里离第343旅指挥所很近，距第685团和第686团的指挥所也不远。此时雨已停歇，冷风仍在飕飕地刮着。
冷风吹不动这个凝固的历史时刻。
天大亮了。终于，从小寨村方向传来隐隐约约的汽车马达声。
****说：“看来友军出击部队没有希望了，现在日军的后续增援部队来了，我们在这条山沟里正好消灭他们。”
聂荣臻道：“必须通知各团，加强隐蔽，没有师部的命令不准行动！”
这股日军由灵丘方向开来，他们是第5师团第21旅团的一个大队和部分辎重部队。大约近百辆汽车和百余辆大车沿着公路鱼贯进入沟内，车上除军用物资外，坐满了戴着钢盔的鬼子兵。马达声和马蹄声在山沟里回响。
时候差不多了。****大声喊：“信号弹！”
聂荣臻低头看了看手中的怀表。他记下了这个时间：清晨7时整。
此役，歼灭日军板垣师团1ooo多人，缴获大批军用物资，取得平型关大捷。这是抗战以来中**队的第一次大捷，粉碎了日军不可战胜的神话，摧毁了日军直取太原的军事计划，有力地支援了国民党军队正在准备的忻口会战，鼓舞了全国人民抗战胜利的信心。