贺炳炎和廖汉生返回部队后立即率团直属部队和第3营向雁门关地区挺进，716团还剩下第1营则随358旅旅部行动。贺廖支队出发后，一路急行军赶到雁门关西南临洮梁山中的老窝村，然后开始侦察敌情，寻找战机。很快他们得到情报，10月18日日军将从原平撤回在前线死伤的士兵，于是就决定伏击这支日军运输队。由于公路不从雁门关过，所以日军没有在雁门关驻军，只是在广武驻有少量兵力，贺炳炎和廖汉生商量后决定在雁门关以南的黑石头沟一带的公路设伏，同时派少量兵力占领雁门关。这个计划随即上报120师师部，并得到批准。
切断日军交通
10月17日，贺廖支队从老窝村出发，到达雁门关以南距离公路不远的王庄、秦庄隐蔽宿营。贺炳炎和廖汉生带着营连干部到黑石头沟实地观察地形，确定伏击部署。这一带地势是南低北高，公路就在两山之间的沟底，沟南侧有一座小石桥，只要炸掉石桥就可以切断公路。公路两边山头也很适合隐蔽部队，是个打伏击的好地点。贺炳炎将伏击部队全部埋伏在公路西侧山头上，指挥部就设在伏击部队后面的一处山头。
