抵達大營鎮後，林彪帶著參謀人員實地考察了平型關一帶的地形，基本與地圖上所繪相符。十幾天來，他一直在苦思良策，一張軍用地圖被他畫得麵目全非。他已數次致電毛澤東和八路軍總部，要求在平型關尋機殲敵。現在他親臨現場，看到這一帶山巒相連，穀深坡陡，更堅定了他在平型關與日軍大戰一場的決心。
平型關位於山西東北部古長城上，自古以來就是晉、冀兩省的重要隘口。關內關外，群山崢嶸，層巒疊嶂，溝穀深邃，陰森幽靜。關前有一條公路，蜿蜒其間，一直通向靈丘、淶源，地勢煞是險要。這是日軍侵占平型關的必經之路。尤其從關前至東河南鎮之間的十餘裏一段，溝深道窄，溝底通道僅能通過一輛汽車。路北側山高坡陡，極難攀登；路南側山低坡緩，易於我軍部署兵力、發揚火力，是伏擊殲敵的理想戰場。
林彪放下望遠鏡，頭腦裏盤算著，許久，一條“十裏埋伏”之計油然而生。
他取出紙筆，將公文包鋪在膝蓋上，親自給八路軍總部及中央軍委起草一份文電：
關於一方麵軍目前行動方針，我意不隻陳旅應在現地域協同友軍作戰，師直及徐旅亦應以同樣任務而靠近，陳旅暫時不應以做群眾工作為中心任務而進駐阜平，因為：1.目前敵正前進中、運動中、作戰中，為我進行運動戰之良好機會，我友軍目前尚有抗擊敵人之相當力量，為能得到友軍作戰之良好機會，現地域為山地，乃求山地戰之良好機會。倘過此時機，敵已擊破友軍通過山地，並進占諸主要城市時，即較難求運動戰、山地戰及友軍配合之作戰。
2.目前軍民正在看我軍直接參戰，如我參戰兵力過少，則有失眾望。
3.兵力過少，則不能將以絕對優勢兵力消滅敵之一部。
4.目前須以打勝仗、捉俘虜，提高軍民抗戰信心，提高黨與紅軍威信，打了勝仗更容易動員群眾與擴大紅軍。
5.目前如集中1師以上兵力於窄狹區域求戰，當然是不妥的，用不開的，但以1師以下兵力則是需要的，用得開的。目前第一仗應以集中約1師的兵力為好，待爾後客觀情況上已失去1師兵力作運動戰之可能時，再分散做群眾工作和遊擊。
林彪
起草好電文，林彪命機要員先給聶榮臻發電，讓聶督率第一一五師二梯隊火速向平型關東南的上寨地區機動，再將他剛剛起草好的電文發出。
機要參謀接過電報，提醒道：“師長，總部電令我們分兵去阜平發動群眾，這……”
林彪起身，拍拍身上的泥土，說道：“要打仗，分不出兵，讓羅主任把政治機關的人帶去就行。”“沒部隊撐腰咋行？”參謀再次提醒道。“嗯，那就讓騎兵營護送。”林彪慢條斯理地說，“反正這一仗也用不上騎兵。”決心已下，林彪命令第三四三旅由大營鎮前出至上寨地區隱蔽集結，並進行戰前準備。箭已上弦，一場惡戰即將拉開大幕。接到林彪的電報，聶榮臻率師指揮部、徐海東的三四四旅和楊成武的獨立團迅速向上寨開進。他們繞向五台山的山間小路前進，沒走代縣、繁峙一帶比較順的那條大路。因為那條路上國民黨敗退的軍隊一幫接著一幫，堵塞著道路。聶榮臻擔心他們大量散布的失敗主義情緒會影響到我軍的士氣，為了擺脫這些潰兵對部隊情緒的影響，聶榮臻決定避開他們。
一路所見，令人心寒。群眾情緒惶恐，村莊冷冷清清，想從村裏找一個向導，或是找人打聽前邊的情況都非常困難。他們先經過五台，又沿著崎嶇的山路穿過龍泉關，從阜平北麵的丁家莊插到了平型關東南的上寨鎮。
見到林彪以後，聶榮臻告訴他部隊都帶上來了，問他前邊的情況怎麼樣。林彪說，敵人的大隊人馬正向平型關方向運動，這裏的地形不錯，可以打一仗。他攤開地圖，同幾位參謀一起把平型關周圍的地形和初步的作戰設想介紹了一遍。
“老聶，這是個大仗呀，打不打？”“既然天時地利人和具備，機不可失，為何不打？”聶榮臻反問道。“我們可能沒有時間向軍委和總部請示了。我擔心……”林彪微蹙濃眉。其實，先斬後奏是林彪的一貫作風。他要打的是運動戰不是遊擊戰。
他真正擔心的是毛澤東的態度。聶榮臻看出了林彪的心思。他的腦海裏閃現出洛川會議上林彪與毛澤東的爭論。但洛川會議定下的方針也包括“不放鬆有利條件下的運動戰。“老林，戰機稍縱即逝。好打就打，事事請示，就會貽誤戰機。”聶榮臻明白，對於這樣的作戰計劃，前線指揮員有權根據情況決定，隻要事後報告一下就行了。中央軍委和八路軍總部並不十分清楚前線的具體情況，特別是進行遊擊戰爭，敵軍怎麼樣？地形怎麼樣？上午打了，下午就有可能要離開，事先請示也不可能。