接着总部召开军事会议，北方局书记杨尚昆参加了会议。从初议到酝酿、决策，一次不寻常的军事行动即将掀动华北。1940年7月22日清晨，从山西武乡太行山脉的小小山村砖壁发出一束束无线电波，把八路军总部一项极其重大、秘密的作战命令，传达到分处敌后的各师、军区领导人聂（荣臻）、贺（龙）、关（向应）、刘（伯承）、邓（小平），同时上报中共中央军委。这便是有名的由朱（德）、彭（德怀）、左（权）签署发布的破袭正太路战役预备命令。
命令提出：“为打击敌人‘囚笼’政策，打破敌进犯西安之企图，争取华北战局更有利的发展，影响全国的抗战局势”，“决定趁目前青纱帐与雨季时节，敌对晋察冀、晋西北及晋东南‘扫荡’较为缓和，正太沿线较为空虚的有利时机，大举破击正太路”。“其他各重要铁道线，特别是平汉、同蒲，应同时组织有计划之总破袭，配合正太铁道战役之成功”。“定八·一三以前（约八月十号左右）为开始战斗期限”。
命令要求直接参加正太线作战之总兵力不少于22个团，定于8月10日前完成侦察、器材准备、部队调动等准备工作。这一注明“十万火急”的绝密电报发到延安，立即被抄送毛泽东、工稼祥、朱德、洛甫、王明、康生、陈云、邓子恢、任弼时、谭启龙和作战局。1959年庐山会议以后，彭德怀曾被指责为背着毛泽东发动百团大战，由于7月22日的预备命令延安收文原件在案，“文化大革命”以后得以澄清真相。
8月8日，朱、彭、左向聂、贺、关、刘、邓发出战役行动命令。规定：聂集团主力约10个团破坏平定（县不含）东至石家庄之正太线，同时，分派部队对津浦、平汉、德石、沧（州）、石（家庄）路的指定地段进行宽正面破袭，阻止可能向正太路增援之敌，相机收复某些据点；
刘、邓集团以主力8个团附总部炮团一个营，破击平定（含）至榆次段之正太路，同时，分派部队对平汉、德（州）石、邯（单区）大（名）、同蒲、白（圭）晋（城）、临（汾）屯（留）路之指定地段进行宽正面破袭，阻止敌人向正太路增援，相机收复某些据点；
贺、关集团破袭同蒲北段及汾（阳）离（石）公路，并以重兵置于阳曲南北，阻敌向正太线增援，同时派部破袭晋西北交通，相机收复若干据点。
命令规定：“上列各集团及总部特务团统由总部直接指挥之”， “限八月二十号开始战斗”。
正如彭德怀在其自述中回忆的：“在敌后碉堡密布的情况下，组织这样统一有计划的破袭，是不容易的。”7月22日和8月8日，总部相继下达了关于侦察工作和破坏战术的详细指示，要求对每一个攻击目标都经过侦察，作出计划。对需要特殊破坏技术的水塔、隧道、桥梁，还要求派出便衣组，配以技术人员出动，以计算药量和作业。指示说“战役成果之大小，主要是看破坏正太路之成果而定”。
总部的战役行动命令下达后，各根据地军民情绪热烈，出击兵团迅即掀起练兵爆破热潮，从总部到各师旅团，参谋人员都出动侦察。一之九师三八五旅旅长陈锡联回忆说：“我们这些旅干部，当时都化装去铁路沿线侦察了地形。”侦察人员还深入虎穴，在群众的掩护下，在敌人的交通线两侧村庄、大小据点实地侦察。有的还乘上正太路的列车，把沿线情况一览无余。日军华北方面军参谋长在战役发动后的10月13日向日本陆军次长所作的报告中，在《 袭击前的一般征兆》 一段内加注说：“独立混成第四旅团司令部所在地的阳泉，在盂兰盆会期间发现很多平日未曾见过的健壮男子前来游逛，市场上卖东西的人，有半数改换了新人。事后查明，从8月前后经常出入阳泉车站的一个男子，据说是共军某部的参谋长。”
战役的其他准备工作，如粮食和破路器材的筹集，兵站的建设，伤员的转运，向敌占区的宣传等，都按总部要求迅速完成。一二九师师长刘伯承，政委邓小平，把师前线指挥部设在抵近正太路的和顺县石拐村。晋察冀军区司令员聂荣臻，把前线指挥部设在井隆煤矿附近的小山村洪河槽。
一切就绪，只待时辰一到，给万恶的日本侵略军以沉重的打击。
日军觉察到八路军在集结兵力，但它收集到的情报欺骗了它，它上了彭德怀的当。事后，它的参谋部懊丧地总结说：共军移动和集结兵力，扬言是要与中央军一战，这就巧妙地转移、引诱、欺骗了日军的注意力，从而大规模地集结其兵力。
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