广灵郊区的洗马庄，二十五师接到大本营的嘉奖令，同时也接到调令：二十五师与奉命从涿鹿回援的郑洞国第2师（德式轻装步兵师）合并组成五十二军，退回平汉线整补，归第一战区指挥。
　　接到调令之后，关正忧虑重重，因为二十五师补给线都在第二战区，如果战线拉长，补给将难以为继。其时，汤恩伯已照蒋令率第十三军的王万龄第四师、王仲廉第八十九师和朱怀冰第九十四师，经小龙门向平汉线而去。只留下“准中央军”高桂滋第八十四师、李仙洲第二十一师，和晋绥军陈长捷第七十二师、马延守独立第六旅等部。
　　接到调令之后，关正立即与赶至广灵的郑洞国第2师合编：
　　五十二军长为关征日（少将加中将衔），副军长兼第二师师长为郑洞国（少将），参谋长为覃异之（少将），二十五师师长为张明（少将），骑兵独立旅刘海荣，全军共四万二千人。
　　二十五师经过居庸关之战后，需要短暂的整补才能继续转进战斗，于是退往浑源的邻县应县接受从太原输送而来的军用物资、补充兵员。由晋绥军第七十二师防守广灵正面的安头山、洗马庄。郑洞国也是黄埔一期生，曾经与关正同在古北口驻防战斗，此次奉命合编，两军整训一日之后，官兵们十分协调。军部会议决定，由郑洞国的第二师经易县、涞水县立即开赴保定战场，二十五师修整完毕之后随后而来，同时，直接听命关正的特种部队也接到任务，五百多**分子在‘铁血’小队队长罗宇的带领下，通过伪装、隐蔽行军等手段迅速向敌后占领区展开行动，准备根据情报灵活机动地袭击敌人的机场、铁路、油库等重要军事目标……
　　此时的侵华日军沿平绥线西进后，战火迅速烧到了山西省境内。山西省地处黄土高原东部，东有恒山、太行山为屏障，北有大同、雁门关及内长城各关隘，地势险峻，易守难攻，是华北天然堡垒。中**队若能固守这一战略要地，即可利用其居高临下之势，对侵入华北平原的日军侧背造成严重威胁。日军为确保对平津地区的占领、解除侧背之忱，图谋进一步南侵，也力求控制山西。在这两军必争之地，一场鏖战势在必然。
　　日本关东军察哈尔派遣兵团占领大同以后，以独立混成第一旅团进占威远堡，经左云北上攻略绥远；其混成第十五旅团沿同蒲路南下，指向太原。华北方面军第五师团由宣化、涿鹿南下，占领察南要地阳原、蔚县，师团长板垣征四郎决定突破晋察省界向广灵攻击。中国方面，第二战区部队放弃大同之后，即退守神池、雁门关内长城一线，凭藉天险阻止沿同蒲路南下之日军。
　　军事委员会为确保山西天然堡垒，命陈栖霞率空军四个中队北上支援晋省作战，并确定朱DE第十八集团军归第二战区指挥。
　　九月十九日，蔚县日军第九旅团向广灵正面安头山、洗马庄第七十三师阵地进攻，并以一部进袭涞源。阳原方面日军第二十一旅团向广灵西北火烧岭第八十四师阵地猛攻。另外，日军步兵第四十一联队向广灵阵地左侧翼尹家店迂回，企图切断中**队后路。第七十三师、第八十四师、第二十一师奋力迎战达两个旅团之众的日军，终因伤亡过重，两处阵地于十三日先后被敌攻破。十四日广灵失守，中**队退至广灵西南松树山、乱岭关一带继续抵抗。
　　短短几日光景，晋南的形势就急转而下，关正的二十五师无法转进河北，经最高当局批准暂时归第二战区指挥，此时，敌军主力板垣师团指向平型关，意图抄雁门关后路，然后夹击太原。
　　阎锡山部署的大同会战计划流产之后，雁门关一带兵力虽多而无用，而平型关一带则兵力空虚，危如累卵。阎锡山被迫立即着手部署平型关会战。关正也接到参加会议的通知，第二战区司令长官阎锡山为表示抗战决心，把行营（前线总指挥部）设于雁门关下的岭口村一所窑洞，会议上，第二战区行营人员及八路军总政委周恩lai会商，制定了《第二战区平型关战役计划》。其“作战方针”为：“本军以利用山地歼灭敌人之目的，以主力配置于天镇、阳高、广灵、灵丘、平型关各地区，以一部控制大同、浑源、应县附近，以策应各方面之战斗，相机转移攻势。”
　　平型关战役战斗序列表：
　　总指挥：第六集团军总司令杨爱源（前期），第七集团军总司令傅作义（后期）。
　　第33军：军长孙楚（前期实际总指挥），下辖73师，师长刘奉滨；独立旅3旅，旅长章拯宇；独立旅1旅，旅长孟宪吉。
　　第15军：军长刘茂恩，辖64师，师长吴庭麟；65师，刘茂恩兼。
　　第17军：军长高桂滋，辖21师，师长李仙洲；84师，高桂滋兼。
　　第35军：军长傅作义，辖211旅，旅长孙呈峰；218旅，旅长董其武。
　　第61军：军长陈长捷，辖208旅，旅长吕瑞英；217旅，旅长梁春溥；新编第4旅，旅长于镇河。
　　第2军：军长郭宗汾，辖71师，师长郭宗汾；202旅，旅长陈光斗；214旅，旅长赵晋；新编独立1旅，旅长陈庆华。
　　第34军：军长杨澄源，辖196旅，旅长姜玉贞；203旅，旅长梁鉴堂（此两旅包括旅长在内几乎全部牺牲）。
　　第19军：军长王靖国，以三个旅兵力守代县，外加炮兵团附归19军序列，骑兵军以三个骑兵师置于集宁一带。
　　第52军：军长关征日，辖25师，师长张明，骑兵旅，旅长刘海荣。
　　第8军：115师，师长林biao；129师，师长贺long。分别于平型关、忻口、原平一带展开。另有刘汝明军驻蔚县一带。
　　综上所述，投入平型关会战（作战计划称晋北战役及平型关会战）的兵力共12个军、13余万人。
　　3、兵力部署
　　⑴平型关正面。由第六集团军总司令杨爱源在大营前指挥孙楚的第33军和关征日的第52军、高桂滋的第17军及第73师（73师是孙楚指挥的，布防区域与17军连接），布防于平型关、团城口南北线上，右起五台山东北，排列独立旅3旅、73师、独立旅8旅、25师于平型关正面；北面团城口内并列17军的84师和21师各就已设阵地，掩护雁北各部撤入雁门山、恒山以内，先凭险阻击并消耗敌人，再主动向南转移，分从大营、沙河隐入五台山，为南机动兵，待机出击。
　　⑵雁门关北侧。主战场的北侧依恒山、雁门山为屏障，除置刘茂恩第15军于恒山外，以34军第101师和梁鉴堂旅分守北娄口、茹越口间的已设阵地。重点于繁峙北的茹越口，从太原来的姜玉贞旅到繁峙以北地区归入34军序列。
　　以王靖国19军及方克猷旅到附属山野炮各一团右连接34军扼守五斗山、马兰口、虎峪口至雁门关、阳方口间的已设阵地，保持重点于代县、雁门关间。姜玉贞之独立旅先控制阳明堡，对雁门关重点策应。
　　⑶决战地带。沙河及繁峙城间地区为决战地带。以刘潭馥200独立旅附山炮营置于沙河镇东，占广大正面，东连孙楚兵团，北连刘茂恩军，对从平型关方面入侵之敌人以逐次抵抗方式诱至繁峙，使之胶着于繁峙城东的主决战阵地前。以第一、二预备军各附一个山炮营于繁峙城的南北线上，以五台山的北台顶、繁峙城垣、恒山顶为支撑点，构成对平型关方面入侵之敌的坚强抵抗阵地。第一预备军在南，保持重点于五台山北麓；第二预备军在北，保持重点在繁峙城，吸引敌人使之胶着于主阵地前，以利于南北机动兵团钳击。
　　⑷机动兵团。傅作义指挥31军、15军为北机动兵团，从繁峙展开，孙楚指挥17军为主力的南机动兵团，从团城口一带出击，以关征日的第52军、孟宪吉旅及73师抄袭平型关，断敌后方。
　　阎锡山把这个部署自诩为“口袋阵”。他特别重视口袋底阵地，亲召陈长捷、郭宗汾两军长到岭口行营，面授要领，并命令他们同到繁峙、沙河间周密勘察主阵地，同时派高参到平型关、团城口、恒山等处，向孙楚、刘茂恩、高桂滋等传达指示，又把屡违节制、不肯力战的原61军军长李服膺拘押起来，以肃号令。