这样一来，关东军做出了轰炸明月城和神木堡的决定。并准备将参战的欧灵和李天玄伺机炸死，以拔除心头大患。
可惜9月23日前往轰炸欧灵阵地的2架97式重爆机及护航的6架95式战斗机全部被李天玄干掉了。
得知了第21旅团的主力部队相继被消灭，板垣征四郎一面让第9旅团加紧进攻，一面紧急向关东军总部求援。关东军总部已经派遣东条英机纵队从大同出发，开往雁门关一带。
平型关位于山西省东北部，是晋东北的一个咽喉要道，两侧峰峦迭起，陡峭险峻，左侧有东跑池、老爷庙等制高点，右侧是白崖台等山岭。在关前，是一条由西南向东北延伸的狭窄沟道，是伏击歼敌的理想地。
阎锡山和周恩来等会商后，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。”
由于前期的大同作战计划已经失败，此时，交战区域重点转移至了平型关。如果平型关再丢失，那太原就危险了。
部署在平型关正面的孙楚的33军和高桂滋的第17军及73师。分别布防于平型关、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旅于平型关正面。北面团城口内并列17军的84师和21师。后来李天玄参战后，并入84师的防地。
正是李天玄的意外参战，平型关战役已经取得了阶段性的战略意义。完全超计划完成了阎锡山希望的凭险阻击并消耗敌人的任务。
龙魂差不多已经把日军第五师团第21旅消灭的差不多了，这哪里只是阻击和消耗敌人啊？这已经快要达成歼灭敌人的目的了！
原计划将敌人诱至繁峙，使之胶着于繁峙城东的主决战阵地前。因此，阎锡山在雁门关布置了重兵。
雁门关北侧依恒山、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。
且以王靖国19军及方克猷旅附属山野炮各一团右连接34军扼守五斗山、马兰口、虎峪口雁门关、阳方口间的已设阵地，保持重点于代县、雁门关间。姜玉贞独立旅先控制阳明堡，对雁门关重点策应。
阎锡山的这个算盘倒是打得好，他准备以这个所谓的口袋阵将板垣师团阻击于平型关外。
可惜板垣征四郎也不傻，偏偏不依他的想法来。他从日军打下的广灵出发，挥兵直下平型关，根本就不进阎老西的口袋。让阎锡山布置在雁门关的重兵无用武之地。
倒是平型关的形势一下子变得势如危卵。
好在，李天玄来的正是时候，而且刚好赶上了转攻团城口的前原联队。
前原联队也是命该如此，他本于19日和孟宪吉旅抢平型关，激战两昼夜后，没拿下。就想转道团城口，从这里打开一条通路。
没想到遇到了根本没见过的古怪对手，最后战败无奈自杀。第21旅团不甘心这种大败，又想从东跑池、西跑池一带突出去。结果又损失惨重。
如此一来，第21旅团也基本废了，主力战斗部队都打光了。板垣征四郎无奈之下，只得向关东总部求援了。
可他不知道的是，他等不到东条英机的支援了。