毛泽东回答道：“这种一个旅的暂时集中，当然是可以的，但如许久还无机可乘时，仍以适时把中心转向群众工作为宜。”《毛泽东军事文集》第2卷，第54页。这表明，毛泽东同意和批准了林彪的建议。金冲及主编的《毛泽东传》也说：“战斗前，毛泽东已同意前方提出的想以一旅集中、相机给敌以打击、暂时不分散的意见。”《毛泽东传(1893—1949)》，第489页。可见，毛泽东在主要强调独立自主山地游击战的同时，已萌发了在有利条件下可以暂时集中的思想。
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根据毛泽东的指示，在八路军总部朱德、彭德怀领导下，林彪利用居高临下、便于隐蔽和袭击的有利地形，同副师长聂荣臻一起部署完毕后进入阵地。9月24日，一一五师三四三旅冒雨由冉庄向平型关东北的白崖台前进，在小寨村至老爷庙附近设伏。9月25日拂晓，日军第五师团第二十一旅团一部和大批辎重车辆沿灵丘向平型关西进。
林彪、聂荣臻抓住这个有利战机，命令参战部队发起猛烈攻击。八路军充分发挥近战和山地战的特长，激战六小时，“除缴获汽车八十二辆，大炮一门，炮弹二千余发，步枪数百枝，打死敌人一千多人外，还包围了敌之高级司令部，缴获秘密文件甚多，其中有敌整个华北作战计划及标示目的之日文地图”《毛泽东军事文集》第2卷，第68页……平型关战役是华北战场上中国军队主动出击取得的第一个大胜仗，也是八路军开赴前线后的首战告捷。
