一九四零年八月八日，八路军总部下达《战役行动命令》，确定了战役部署和作战区域划分：晋察冀军区主力十个团，破袭正太路平定东至石家庄段，重点攻击娘子关；
第一二九师主力八个团附属总部的一个炮兵营，破袭正太路平定西至榆次段，重点攻击阳泉；
第一二〇师主力六个团破袭平遥以北的同蒲路和汾离公路，阻击日军向正太路的增援。
其他各路部队对其相关的铁路和公路进行猛烈破袭，并相机收复日伪军的重要据点，阻击日伪军向正太路的增援。
八路军总部特务团在下良、西营地区集结待命，参战的数万民兵和民工也集结完毕。战役发起时间确定在八月二十日。
八月二十日晚上八时，八路军从南北两面突然间对正太路全线发起了猛烈攻击。
正太路横跨太行山脉，全长二百四十九公里，连接着平汉铁路和同蒲铁路，是华北日军重要的战略交通线和补给线，该线上的阳泉和井陉煤矿则是重要的钢铁能源基地。
为了确保这条铁路的安全，日军在沿线大小城镇、车站、桥梁和隧道修筑的坚固据点达五十多个，铁路线两侧二十至三十公里的范围内还修筑有外围据点二十多处，由日军独立混成第四、第八和第九旅团各一部负责守备。
突袭正太路的八路军分成左、右和中央三路纵队，同时开始了行动。
右纵队由第四军分区五团和第二军分区十九团组成。五团一部首先潜入娘子关村，歼灭村内的伪军后，仰攻日军构筑在关口上的四个大碉堡，激战三个小时后，将红旗插上了娘子关。
自太原会战以来，日军占领娘子关已达三年之久。接着，八路军工兵部队炸毁了娘子关附近的铁路桥，彻底切断了铁路沿线的通信和交通，使得关下日军的据点均陷入各自为战的状态。十九团官兵数次攻入平定北部的巨城和移穰车站，炸毁了铁路和水塔。五团一营一连同时袭击了磨河滩车站。这个车站原驻有日军不足二百人，但此时车站上停着的客车里装有八百名即将退役回国的日军，一连的突击因此打得很苦。天降暴雨，一连反复冲杀，数次攻入车站，至少让五十多名日本兵无法活着回国了。
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