根據八路軍總部的命令，晉察冀軍區命令軍區副參謀長唐延傑率有關偵察人員前往正太路附近偵察。同時對作戰部隊進行了具體部署：主攻部隊楊成武縱隊、郭（天民）劉（道生）縱隊於8月17日以前集中到溫塘、洪子店以西滹沱河西岸地區；熊伯濤縱隊集結於井陘、獲鹿、元氏地區。以津南自衛軍、冀中2個步兵連、2個機槍連為總預備隊。
8月15日下午，軍區在吊兒村召開主攻方麵（正太路東段）作戰會議，確定抽調8個步兵團、1個騎兵團又2個騎兵營、3個炮兵連、1個工兵連和5個遊擊支隊，組成3支主力縱隊（即右縱隊、中央縱隊、左縱隊）、1支鉗製部隊和總預備隊，擔任正太鐵路作戰任務。
同時，對平漢鐵路高碑店至石家莊段、北寧鐵路平津段、津浦鐵路泊頭鎮至唐官屯段也作了破襲部署，要求必須切斷上述日軍交通線，保證主攻方麵作戰的順利進行。此外，還部署第2、第5、第8軍分區部隊，分別在同蒲鐵路北段、雁北地區及津浦鐵路沿線進行牽製活動。
第129師指定8個團參戰，要求參戰部隊做好一切準備。具體部署為：陳賡指揮第386旅之第772團、16團及決死1縱隊2個團；陳錫聯、謝富治指揮第385旅之第769團、13團及新編第10旅之第28團、30團，共8個團為破擊隊，破襲平定至壽陽段，並打擊出擊或增援的日軍。以新編第10旅之第29團在平（定）昔（陽）線，第385旅之第14團在遼（縣）榆（社）線，第386旅之第17團及決死1縱隊1個團在白晉線，決死1縱隊2個團在同蒲線霍縣至趙城段，另以2個團在臨屯公路，破壞交通，配合作戰。
8月18日，第129師在和順縣石拐鎮師前進指揮所召集作戰會議，傳達了《關於正太戰役的作戰命令》，其內容是：抽調10個團的兵力，分為左翼、右翼破擊隊、平和支隊、總預備隊（即中央縱隊），破襲正太鐵路。此外，抽調部隊分布在平漢、白晉、同蒲鐵路沿線，廣泛破路襲敵，策應正太戰役。
第120師決定抽調20個團，重點破擊太原以北同蒲鐵路和忻靜、汾離公路，配合正太線作戰。具體部署是：第358旅破擊忻縣以北的同蒲鐵路和忻靜公路，獨立第2旅破擊寧武至朔縣間的同蒲鐵路，新軍暫1師破擊神池至五寨間的公路，獨立第1旅圍困嵐縣、東村及離石以北之敵據點，決死第2縱隊、第4縱隊和工衛旅及師特務團破擊太汾和汾離公路。