9月25日,八路軍115主力在晉北平型關東北一帶公路兩側山地伏擊由靈丘西犯的日軍坂垣師團一部。經一天激戰,殲滅日軍1000餘人,繳獲大量武器和軍用品,取得了全國抗戰以來第一個大勝利。
在這以前,115師師長林彪把“只想以陳旅(即擔任平型關戰鬥的以陳光為旅長的第343旅)集中相機給敵以打擊,暫時不分散”的想法電告毛澤東。毛澤東在9月21日致彭德懷的電中提到此事,並說“這種一個旅的暫時集中,當然是可以的,但如許久還無機可乘時,仍以適時把中心轉向民眾工作為宜”。可見,事先中央軍委和毛澤東同意陳旅集中給敵以打擊的部署。就在平型關戰役後第二天,即9月26日,毛澤東致電朱德、彭德懷:“慶祝我軍的第一個勝利。”並提出:向恆山山脈及其東西北三方向突擊,展開敵人側面游擊戰爭的計畫,暫時還無執行的條件,要待敵人更深入,後方更空虛時才能執行。同日,毛澤東還就平型關大捷的對外宣傳問題向朱德、彭德懷、任弼時發出了指示。第三天,即9月27日,毛澤東又就平型關戰役戰況電告正在南京同國民黨談判的博古、葉劍英。