七七事变后，日本帝国主义为实现其速战速决的战略企图，迅速从日本国内、驻朝鲜的部队和关东军抽调兵力增至平、津地区，日军华北方面军和关东军察哈尔兵团在华北的兵力骤增到37万。战火立刻蔓延到整个华北。
1937年8月，日军以北平（今北京）、天津地区为出发地，兵分3路发起进攻。第一路以一个半师团的兵力沿津浦路向南进犯；第二路以一个师团的兵力沿平汉路南犯，进窥河南；第三路以3个师团的兵力沿平绥路东段、同蒲路北段向西进犯。第三路为日军主攻方向，其西进的企图是由晋北打开通路，歼灭国民党第二战区主力，攻占太原，以大迂回的动作，迫使国民党的军队撤退，达到不战而占领华北五省的目的。
为了实施这一企图，西进的日军又兵分两路向太原方向推进：一路由关东军察哈尔派遣兵团和两个独立混成旅团沿同蒲铁路南进，经雁门关直取太原；一路由日军第五师团向浑源、灵丘进攻，企图突破平型关与沿同蒲铁路南进之敌会师雁门关。
雁门关、平型关是国民党军长城防线的两道关口，也是日军进攻太原的必经之地。日军一旦攻取两关，即可长驱直入，兵临太原城下，太原唾手可得。由于雁门关地势比平型关更为险要，又有重兵把守，难以从正面夺取，而平型关地处山西和河北交界的地方，是个比较薄弱的环节。因此，日军将其主力第五师团用于平型关方向，企图由平型关一举突破长城防线，取下代县，卡断雁门关后路，从背后攻取雁门关，然后与雁门关正面的日军合兵一处，直扑太原。
进犯平型关的日军是其陆军中的“王牌”——第五师团。它编成于明治21年，是日军部队中历史最长的师团之一，曾参加过第一次中日战争和日俄战争，为日本帝国主义的对外扩张立下了“战功”。它的指挥官板垣征四郎是有名的中国通，“九一八”事变时他在关东军当参谋，当时的军衔是大佐。“九一八”事变之后，日本在东北组织伪满洲国，板垣征四郎作为关东军的代表同溥仪进行了谈判。正是因为他组织傀儡政权有功，所以在卢沟桥事变爆发之前，就已升任为中将师团长了。
作为“王牌”师团，日军第五师团的兵力构成十分了得。其辖步兵2旅团，每旅团辖步兵2联队，每联队配备三八式步枪2124支、轻机枪72挺、掷弹筒75个、重机枪24挺、大炮6门。每联队辖步兵3个大队，每大队配备三八式步枪686支、轻机枪24挺、掷弹筒25个、重机枪8挺、炮2门。每大队辖4个中队，每中队辖3个小队，每中队配备三八式步枪、轻机枪6挺、掷弹筒2支。此外，每联队还配属联队炮兵中队1个，配备山炮4门，速射炮中队1个，配备37毫米炮4门。每师团辖骑兵联队1个，每联队辖骑兵2个中队，每中队配备马枪123支，轻机枪小队1个，配备轻机枪2挺。野炮或山炮联队1个，每联队辖炮兵4个大队，装备野炮36门（每大队12门）、山炮12门、三八式马枪315支。工兵联队1个，辖工兵3个中队，配备三八式步枪200支。辎重联队1个，辖辎重6个中队另1个马队，配备三八式马枪329支。全师兵员如系驮马装备的师团为2．82万人，挽马装备的师团为2．44万人。
第五师团每次出动作战，均配属1个战车大队，该大队辖战车3个中队，大队装备轻战车39辆，装备17毫米战车炮39门、轻机枪120挺、轻装甲车21辆。
由上即可看出，日军的武器配备确实强大。在板垣的带领下，日军第五师团继攻取阳原、蔚县、广灵之后，又气势汹汹地杀往浑源、灵丘，直逼国民党长城防线。9月16日，第5师团第二十一旅团以其第二十一联队主力由广灵进占浑源县城。同日，第五师团第九旅团主力由蔚县南下，占领涞源。20日，第二十一旅团又以两个大队的兵力南下，占领了与平型关近在咫尺的灵丘。对日军来说，攻占平型关已指日可待。平型关顿时陷入十分危急的境地。
平型关，古称“瓶形关”，这个因关前谷地形状如“瓶”而得名的雄关险隘，自古就是兵家必争之地，曾经是汉武帝刘彻北击匈奴、北宋杨家将抗辽守边之所。它位于山西省灵丘县西乔沟一带，是古长城上的重要隘口。关口北面是恒山山脉，南面是有名的佛教圣地五台山。这里层峦叠嶂，幽谷深邃，最险要的乔沟段长约7公里，四周崖高数丈，陡峭如削，一条狭长山路蜿蜒其间，东通冀北，西抵雁门，是晋冀两省的门户。平型关如被攻占，日军将迅速兵临太原城下。