1940年8月8日，八路军总部发布了《战役行动命令》，决定于8月20日开始战斗。
接到上述命令后，聂荣臻、贺龙、关向应、刘伯承、邓小平等人按照预定方案分别检查了所属部队各项准备工作落实情况，对战役部署作了相应的调整。
河北阜平，晋察冀军区司令部。
司令部设在一个不显眼的小山村里。只有走进院落，穿过几株高大的槐树，望见从屋脊上隐蔽地伸出的天线和电话线，才会明白这里是军事指挥部。
聂荣臻主持召开主攻兵团首长会议，研究确定具体战役部署。
会上，聂荣臻首先发言道：“同志们，八路军前方总部发布了战役命令，晋察冀军区将与冀鲁豫军区、晋绥军区一起，对全华北敌人占领的交通线及其沿线城镇据点，发动大规模的破袭战。我们晋察冀军区的任务是：负责破袭正太路石家庄至平定段，破袭重点为娘子关至井陉煤矿段及其两侧地区，并且对平汉路、北宁路、津浦路、德石路、沧石路等铁路和公路线段进行广泛破袭，以阻止敌人向正太路增援！”
“好哇！”到会的各军分区的领导都惊喜地欢呼起来，这可是抗战以来，八路军发起的一次最大规模的破袭战役啊。
“下面，由聂鹤亭参谋长讲一下具体部署。”聂荣臻以手示意，让各分区领导安静下来。
聂鹤亭是位老红军，在南昌起义时就是排长了。他对司令部工作很有经验。他和聂荣臻一起拟订的作战计划，已经得到了八路军总部的批准。他说道：经研究决定，我们军区这次拟抽调8个步兵团、1个骑兵团又2个骑兵营、3个炮兵连、1个工兵连和5个游击支队，共约10个团，分别组成3个纵队：右纵队由郭天民、刘道生指挥，破击娘子关至乱柳段；左纵队由熊伯涛指挥，破击上安到微水段；中央纵队由杨成武指挥，担负微水至娘子关段破击任务，并为主要攻击方向，另外还有1个总预备队。其余部队对平汉、北宁、津浦、沧石等铁路、公路进行破击。
聂荣臻接着说：“这次破袭战，是在很长的战线上进行的广泛攻坚战。遵照八路军总部的规定，大家一定要注意：一是要特别重视侦察工作，立即派出人员，侦察敌情、地形，只有知己知彼，才能百战不殆；二是部队开进和一切行动要秘密、迅速，请政治部通知各级政府密切配合部队的行动；三是尽可能争取时间，组织部队进行爆破铁路、桥梁、敌人据点等的训练；四是战役发起时间统一于8月20日22时，到时一齐动作，大家一定要切实执行，这点暂时只有到会的人知道，不准下达。”
会议结束后，聂荣臻立即率一个精干的指挥班子赶赴前线，抵近敌人进行侦察。
晋察冀军区司令部侦察科平时对正太路、平汉路、同蒲路沿线的敌情都是了解得比较清楚的，但是对这次正太战役进攻重点之一的井陉煤矿，却了解甚少。聂鹤亭、罗文坊等人全部化装成当地老百姓，接近矿区的外围，然后由罗文坊带上几名侦察员，在矿区地下党的接应下进入矿区侦察，对守矿的日军、伪军和矿警的兵力分布与活动规律等情况，都基本摸清了。
1940年8月20日下午4时，杨成武率部到达距井陉煤矿只有约5公里的山野里。他带上前方指挥所人员和3个团的团、营干部，深入到煤矿近处侦察，选择突破口。
山西和顺县石拐镇，第129师前方指挥所。
刘伯承和邓小平在战役发起前，做了大量细致的准备工作。刘伯承专门对司令部的人员做了交代：
这次本师遂行的是大规模破袭战役，敌在沿线城镇、车站、桥梁、隧道附近，筑有坚固的防御工事；在铁路两侧10至15公里地区，还设有外围据点。在此情况下，我军必须先攻占敌据点，尔后才能实施破路。因此，大破袭首先是对据点的战斗，不可避免地要进行强袭和攻坚，应把困难想得多一点，把准备工作考虑得更周到一些。准备工作要突出侦察、防谍和技术战术3个方面。
按照刘伯承的指示，第129师迅即掀起练兵爆破热潮。尤其对侦察工作，上下都非常重视，领导和参谋人员都出动侦察。385旅旅长陈锡联回忆说：“我们这些旅干部，当时都化装去铁路沿线侦察了地形。”侦察人员还深入虎穴，在群众的掩护下，在敌人的交通线两侧村庄、大小据点实地侦察。有的还乘上正太路的列车，把沿线情况一览无余。
战役发起前两天，即1940年8月18日晚，刘伯承、邓小平召开作战会议，向参战部队指挥员布置作战任务。
刘伯承首先传达八路军总部的指示，接着说明战役部署：“我们这次战役的纲领：第一，主要是对正太路阳泉至榆次段的铁路和建筑物，进行连日的，彻底的破毁，特别对于桑掌至晓庄和马首至芦家庄两段铁路的技术工物，要着重破毁。第二，各破击队为了保障铁路确实被破毁，应兼用专门的便衣队或有力部队，突然潜入铁路线上的必要据点，破毁其要害，烧夷其建筑物。对于路侧远伸的据点，只用少数部队监视，不要强攻，也不要被其抑留。第三，当片山部队由阳泉、平辽公路向我右侧背迂回时，就将其各个消灭之，保障我破路顺利进行，造成收复辽县、榆社的基本条件。对榆次方面来援之敌则进行牵制。”
然后，刘伯承又对战役作出具体部署：战役由陈赓、陈锡联、谢富治统一指挥，部队分为左、中、右3个纵队：
右翼纵队由范子侠、赖际发率2个团，担负阳泉、寿阳间的破袭任务，先集中兵力攻下坡头和张净车站，得手后，再向西扩大战果。
中央纵队由陈赓、陈锡联、谢富治率4个团，主力隐蔽集结，为师的总预备队；以一部兵力攻占敌冶两据点，牵制平定之敌，另以一部兵力占领阳泉西南狮垴山，阻击阳泉可能出援之敌。
左翼纵队由周希汉率3个团，担负寿阳至榆次间的破袭任务，先集中兵力攻下芦家庄、上湖、马首等车站，得手后，视情况向北、向西扩大战果。
平和支队由汪乃贵率1个团结合地方武装，分途破毁平定至和顺公路，牵制平辽公路之敌。
最后，邓小平强调了这次战役的有利条件和应注意的事项。他特别告诫大家：参战的地方武装很多，要派得力干部去组织带领，关心他们的生活和安全，调动他们的积极性。
会议之后，刘伯承、邓小平率师前方指挥所，进至广阳以南的明水头，设前方联络所于上龙泉以南的马鞍桥。