就在李云龙部转战至马首时，385旅也到了阳泉附近，经过一夜的急行军，385旅主力769团及14团一部于8月20日凌晨登上了狮脑山。
狮脑山距离阳泉矿区只有不到三公里，距离石太线不到两公里，距离阳泉县城不到15公里，这里地势较赵家垴（尹灵芝镇）至寿阳段相对平缓，但石太线依旧夹在两山之间。
在这里，东进可以直接佯攻阳泉，侧击平定；北进可以攻击阳泉矿区、盂县；西进则可以破袭石太线、汇合陈更攻击寿阳；就算是南退也可以攻击昔阳、榆社，可谓是如同一颗钉子一样死死的嵌在了石太线的咽喉要道。
最重要的是如果挡在这里，河北增援的日军如果想要增援石太线，就必须要冲破狮脑山防线，否则要么绕道盂县，要么绕道昔阳，最少要多走七个小时的路。
赶到狮脑山后，陈曦连立刻下令部队一面修建工事，要求部队发扬精神，务必在黎明之前将工事修筑完毕，一面派出联络员联络当地的游击队，准备做战前的基本侦查工作。
狮脑山虽然地势险峻，但是他知道这一战将是一场恶战，河北、阳泉的增援之敌不会少于四千人。
可是20日当天，386旅那边却静悄悄的，阳泉的日军也没有任何动静，没有任何增援或者进攻某一方向的意图，战士们正好抓住时机休息，等待大战的来临。
但是，由于周围只有三个村，不到七百人，一个半团的战士人太多了，想吃一口热饭是不可能了，好在小米汤拌上炒面，加上一点咸菜味道也不错。
山下的阳泉城，驻有独立混成第4旅团司令部和下属的第15大队，经过侦查得知这里约有700余日军和50多个伪警察，如往常一样，他们在平静中度过了一天。
但是到了傍晚的时候，日军第15大队大队长兼阳泉警备队队长德江光收到了汉奸的密保，说在阳泉以南80公里的地方有大批八路军在集结。
而德江光并没有在意，他认为即便是八路军来袭阳泉，徒步尚需两天时间，不可能一下子就会赶到。
此外汉奸还向他报告，说有许多不曾见过的男子在街上闲逛，德江到街上亲自逛了一圈后，觉得这纯属是言过其实，此事也就不了了之，但他做梦也没想到，八路军已经在狮脑山潜伏了近一天时间。
当黑夜渐渐来临的时候，陈曦连将部队一分为三，一部以两个连约300人的兵力佯攻阳泉，一部以一个营500人的兵力攻击阳泉矿区，而剩下的部队则发动当