1937年7月底平、津兩市失陷后，國民政府已經(jīng)清楚地看到中、日兩國之間的一場大戰(zhàn)不可避免，蔣介石于7月31日發(fā)表《告抗戰(zhàn)全體將士書》,宣稱：“現(xiàn)在既然和平絕望，只有抗戰(zhàn)到底，那就必須舉國一致，不惜犧牲來和倭寇死拼?！瓕⑹總?，現(xiàn)在時(shí)機(jī)到了！我們要大家齊心努力殺賊，有進(jìn)無退，來驅(qū)除萬惡的倭寇，復(fù)興我們的民族?！?sup>[1]與此同時(shí)，迅速調(diào)集軍隊(duì)，加緊對華北各戰(zhàn)略要地之防衛(wèi)。而侵華日軍則以平、津兩市為據(jù)點(diǎn)，又開始部署新的攻擊。于是，中、日兩國在華北大地展開了更大規(guī)模的戰(zhàn)斗。
早在日軍準(zhǔn)備對平津兩市發(fā)起全面攻擊時(shí)，日本陸軍參謀本部為控制整個(gè)華北，奪取更大的戰(zhàn)果，于7月27日決定再從國內(nèi)派遣三個(gè)師團(tuán)去華北，編入中國駐屯軍序列，同時(shí)規(guī)定該軍的作戰(zhàn)區(qū)域“大概定于保定、獨(dú)流鎮(zhèn)一線以北”^[2]。平津戰(zhàn)役剛結(jié)束，日本陸軍當(dāng)局于8月5日又做出一份《形勢判斷》,認(rèn)為作戰(zhàn)地區(qū)要擴(kuò)大，“使中國駐屯軍在新派遣兵團(tuán)到達(dá)后，斷然進(jìn)行華北會(huì)戰(zhàn)，將河北省內(nèi)的中國軍隊(duì)擊退至石家莊、滄州一線以南并對中國軍隊(duì)主力給予致命打擊。使海軍航空兵對上述會(huì)戰(zhàn)予以協(xié)助”;“會(huì)戰(zhàn)結(jié)束以前，對華不進(jìn)行任何外交交涉，并排除第三國干涉”;“會(huì)戰(zhàn)結(jié)束后，應(yīng)占據(jù)河北省北部及察哈爾省要地，并伺機(jī)通過與南京的交涉解決事變”^[3]。為進(jìn)行華北會(huì)戰(zhàn)，增援的日軍先在平津地區(qū)集結(jié)，并逐步向周圍地區(qū)推進(jìn)，準(zhǔn)備于集結(jié)完畢后開始新的作戰(zhàn)行動(dòng)。
與此同時(shí)，日本關(guān)東軍也向察哈爾省發(fā)起攻擊。長城一線是華北重要屏障，因而也是日軍主要的攻擊目標(biāo)。為與關(guān)東軍配合作戰(zhàn)，日本中國駐屯軍于8月7日修訂第二期作戰(zhàn)計(jì)劃，除繼續(xù)準(zhǔn)備向保定、滄州方向推進(jìn)，與中國軍隊(duì)決戰(zhàn)外，決定以第五師團(tuán)為主力沿平綏線推進(jìn)，“席卷察哈爾省，進(jìn)入山西北部與綏遠(yuǎn)地區(qū)”^[4]。上述計(jì)劃很快得到日本陸軍總部的批準(zhǔn)，8月9日，東京發(fā)出“臨參命第七十二號”,令中國駐屯軍及關(guān)東軍進(jìn)行對察哈爾省作戰(zhàn)^[5]。12日，華北日軍命令第五師團(tuán)應(yīng)“擊敗進(jìn)入察哈爾省之?dāng)?，首先占領(lǐng)張家口附近”,其他各部隊(duì)準(zhǔn)備對南方作戰(zhàn)。關(guān)東軍派遣第二、第十五兩個(gè)混成旅團(tuán)組成察哈爾兵團(tuán)，以關(guān)東軍參謀長東條英機(jī)為前方指揮官，在多倫設(shè)立了前方指揮所，從張北方面發(fā)動(dòng)攻勢。中國派遣軍則從8月中旬起以第十一旅團(tuán)為主力，沿平綏線向南口、居庸關(guān)方向攻擊，以同關(guān)東軍相呼應(yīng)。
對于日軍沿平綏線的攻擊，國民政府早有察覺。山西、察哈爾、綏遠(yuǎn)三省，由于其特殊的地理位置，成為華北地區(qū)的重要屏障。那里也是中、蘇陸路交通的重要通道。橫貫其間的平綏鐵路，以及沿線的張家口、大同和集寧等中心城市，成為敵我必爭之地。盧溝橋事變爆發(fā)之初，蔣介石即令山西、察哈爾等省從速部署，預(yù)為經(jīng)營。軍事委員會(huì)亦調(diào)集傅作義第三十五軍、湯恩伯第十三軍、高桂滋第十七軍及劉汝明第六十八軍等部，組成第七集團(tuán)軍，由傅作義任總司令，劉汝明任副總司令，湯恩伯為前敵總指揮，至察哈爾增強(qiáng)平綏路的東段防守。7月31日，蔣介石致電劉汝明，命其速將平綏路青龍橋、八達(dá)嶺等處各要點(diǎn)鐵路炸毀，阻止日軍向察哈爾運(yùn)兵^[6]。8月6日，蔣介石又向湯恩伯下達(dá)手令，命其專對南口當(dāng)面之?dāng)匙鲬?zhàn)^[7]。
8月8日拂曉，日軍獨(dú)立混成第十一旅團(tuán)開始向南口附近中方陣地發(fā)動(dòng)進(jìn)攻，未能得逞。10日拂曉，日軍再次猛攻中方南口陣地，并于下午占領(lǐng)南口車站。次日，日軍進(jìn)攻南口鎮(zhèn)，被中方部隊(duì)擊退，日軍傷亡甚重。12日拂曉，日軍調(diào)集主力約5000余眾，火炮五六十門、戰(zhàn)車20余輛，飛機(jī)30余架，向得勝口、虎峪村、南口、蘇林口一帶中方陣地發(fā)起總攻^[8]。中方部隊(duì)連夜反攻，陣地失而復(fù)得，官兵傷亡頗重。14日拂曉，日軍再向中方南口兩側(cè)高地猛沖，中方部隊(duì)與敵反復(fù)搏斗，極其慘烈，第五二九團(tuán)官兵犧牲達(dá)三分之二^[9]。為增強(qiáng)南口方面戰(zhàn)斗力，軍事委員會(huì)令駐石家莊附近的第十四集團(tuán)軍衛(wèi)立煌部三個(gè)師北進(jìn)增援，第二戰(zhàn)區(qū)亦先后以第九十四、第二十一、第七十二師及獨(dú)立第七旅前往增援反攻^[10]。中日雙方在南口爭奪超過一周，日軍進(jìn)攻南口正面一再受挫。于是轉(zhuǎn)移主力攻襲黃老院、鎮(zhèn)邊城等地。
8月20日，國民政府軍事委員會(huì)頒布《戰(zhàn)爭指導(dǎo)方案》,將晉、察、綏三省劃為第二戰(zhàn)區(qū)，以閻錫山為司令長官。在《國軍作戰(zhàn)指導(dǎo)計(jì)劃》中，稱該戰(zhàn)區(qū)為華北惟一之屏障，“務(wù)須永久固守，以為國軍爾后進(jìn)出之軸心”。具體作戰(zhàn)方案應(yīng)分步實(shí)施，首先固守南口、萬全，俟第一戰(zhàn)區(qū)轉(zhuǎn)移兵力到達(dá)，然后依戰(zhàn)況之推移，“對于山西東北方面，厚積兵力，以期永久固守”^[11]。根據(jù)最高統(tǒng)帥部的指示，第二戰(zhàn)區(qū)迅速調(diào)集部隊(duì)，駐守戰(zhàn)略要地，抵御來犯的日軍。首先緊急把轄有兩個(gè)師的第十三軍東調(diào)南口、居庸關(guān)一帶，防堵從東邊來犯之?dāng)常黄浯握{(diào)第十七軍之第八十四師進(jìn)駐獨(dú)石口、赤城等要隘，以鞏固側(cè)背外；另外以第二十九軍一三四師控制張家口、宣化一帶，并使三軍互為犄角。北面則堅(jiān)守張家口以北長城各要隘，以騎兵和步兵相配合，對李守信的偽蒙軍形成包圍態(tài)勢。然而，這樣的防線無法阻止日軍的攻擊。
為打破僵局，日軍于8月21日派第五師團(tuán)繞過南口西南，向鎮(zhèn)邊城發(fā)起攻擊。23日，鎮(zhèn)邊城失陷。此后，日軍向懷來突進(jìn)。中方第十四集團(tuán)軍先頭部隊(duì)于當(dāng)日到達(dá)青白口，但因未及時(shí)渡過永定河，未能全力開展發(fā)起攻擊。此時(shí)，日本關(guān)東軍正大力進(jìn)犯張家口，中方南口陣地后方業(yè)已暴露。26日，湯恩伯率部向蔚縣、廣靈、淶源一帶轉(zhuǎn)移，第十四集團(tuán)軍亦奉命撤回青白口至房山間集結(jié)，并與平漢路方面孫連仲部取得聯(lián)系。南口及附近地區(qū)之戰(zhàn)斗，從8月8日開始，持續(xù)到8月26日，前后鏖戰(zhàn)逾二周。中方傷亡29736人，傷斃日軍萬余人，生俘日軍官佐8員，士兵559名，繳獲步騎槍414枝，機(jī)槍4挺，無線電機(jī)1架，擊毀敵機(jī)1架^[12]。
南口戰(zhàn)事正酣之時(shí)，察北中國軍隊(duì)主動(dòng)發(fā)起攻勢，并自8月13日起，接連出擊攻克察南之南壕塹、商都、尚義、新明、崇禧等地。15日，日本關(guān)東軍察哈爾兵團(tuán)步騎三個(gè)旅團(tuán)，加上戰(zhàn)車兵團(tuán)及偽蒙軍等部，由張北向張家口進(jìn)攻。 至19日，日軍已突破長城要隘，并向南推進(jìn)。傅作義急令下花園、土木堡附近的第一○一師及第七集團(tuán)軍第二○○、第二一一兩旅，開回張家口出擊作戰(zhàn)。在日軍的強(qiáng)大攻勢下，中方反擊沒有奏效。24日，日軍攻占張家口以西之孔家莊車站，平綏鐵路交通中斷。26日，張家口失陷，中方部隊(duì)退至柴溝堡^[13]。
攻占南口的日軍則繼續(xù)西進(jìn)，在宣化附近與占領(lǐng)張家口的關(guān)東軍會(huì)合，然后集中主力向大同發(fā)起攻擊，同時(shí)還以部分兵力在偽蒙軍騎兵的配合下，直取集寧。第二戰(zhàn)區(qū)急調(diào)第六十一軍在天鎮(zhèn)、陽高等地構(gòu)筑陣地，阻止日軍繼續(xù)西進(jìn)，掩護(hù)第七集團(tuán)軍在大同建立防御陣地。9月6日起，奉命占據(jù)天鎮(zhèn)、陽高一帶陣地的中方第六十一軍與沿平綏路西進(jìn)之日軍遭遇，并與之展開激戰(zhàn)，日軍發(fā)射大量毒氣彈，中方傷亡重大，但仍沉著應(yīng)戰(zhàn)。至10日，陽高為日軍占領(lǐng)。11日，天鎮(zhèn)也落入日軍之手，大同情勢危急。傅作義本來主張與日軍在大同附近地區(qū)決戰(zhàn)，但第二戰(zhàn)區(qū)司令長官閻錫山以增援第十五軍尚未到達(dá)，且大同附近地形不利為由，決定放棄大同。12日，第七集團(tuán)軍總司令部撤離大同，日軍隨即侵入，大同失陷。
在華北日軍沿平綏線向中國內(nèi)陸猛烈進(jìn)攻之時(shí)，日本陸軍當(dāng)局決定繼續(xù)向華北、華東戰(zhàn)場增兵，以迫使中國政府屈服。為統(tǒng)一指揮不斷增加的華北日軍，日本陸軍參謀本部于8月24日決定將中國駐屯軍擴(kuò)充為華北方面軍，以大將寺內(nèi)壽一為司令，下轄第一、第二兩個(gè)軍，每個(gè)軍指揮三至四個(gè)師團(tuán)^[14]。9月4日，華北方面軍正式行使統(tǒng)帥權(quán)，其作戰(zhàn)部署是：“方面軍的目的在于以主力消滅保定、滄縣的敵人，迅速進(jìn)入易縣、定興、霸縣、馬廠附近準(zhǔn)備攻擊，同時(shí)以第五師團(tuán)迅速進(jìn)入蔚縣附近，準(zhǔn)備對保定平原的作戰(zhàn)。”^[15]很明顯，日軍的戰(zhàn)略是企圖消滅河北境內(nèi)中央軍的主力，沿平綏線西進(jìn)之日軍則是策應(yīng)性攻擊。然而，河北省境內(nèi)中央軍的主力已經(jīng)紛紛后撤，日軍沒有找到?jīng)Q戰(zhàn)的機(jī)會(huì)，而對晉北的攻擊卻遭到中國軍隊(duì)的有力抵抗。
中國軍隊(duì)棄守大同后，退至雁門關(guān)內(nèi)長城一線，憑借天險(xiǎn)阻止日軍沿同蒲路南下。南京軍委會(huì)見華北形勢危急，在《第二期作戰(zhàn)指導(dǎo)計(jì)劃》中再次強(qiáng)調(diào)，要“確保山東、山西兩戰(zhàn)略要地”,“固守晉北，以待增援部隊(duì)之到來”。第二戰(zhàn)區(qū)的主要任務(wù)是：“〈于〉集寧、綏遠(yuǎn)線節(jié)節(jié)抵抗，阻敵西進(jìn)”,“以主力固守雁門關(guān)、平型關(guān)現(xiàn)陣地，另以機(jī)動(dòng)部隊(duì)在平型關(guān)外及阜平一帶山地為根據(jù)，見機(jī)襲擊晉北方面及沿平漢線南下敵之側(cè)背?！?sup>[16]為增強(qiáng)晉北抗戰(zhàn)力量，特令陳棲霞率空軍4個(gè)中隊(duì)支援晉省作戰(zhàn)，以朱德為司令的第十八集團(tuán)軍也劃歸第二戰(zhàn)區(qū)指揮。根據(jù)軍委會(huì)的指示，第二戰(zhàn)區(qū)也確定了自己的作戰(zhàn)方針：“本軍以利用山地殲滅敵人之目的，以主力配置于天鎮(zhèn)、陽高、廣靈、靈丘、平型關(guān)各地區(qū)，以一部控制于大同、渾源、應(yīng)縣附近，以策應(yīng)各方之戰(zhàn)斗，相機(jī)移轉(zhuǎn)攻勢。”^[17]
此時(shí)，中、日雙方在晉北的態(tài)勢大致如下：第二戰(zhàn)區(qū)集結(jié)的軍隊(duì)有6個(gè)集團(tuán)軍，約20萬兵力^[18],日軍則以關(guān)東軍察哈爾兵團(tuán)及華北方面軍第五師團(tuán)為主力，另外還有部分偽滿靖國軍和偽蒙軍。山西省地處黃土高原，山岳環(huán)繞，形勢險(xiǎn)峻。東以太行山與魯省丘陵地帶遙遙相對；南以黃河天險(xiǎn)及中條山鄰接河南，可扼控整個(gè)黃淮平原；北以外長城及陰山山脈與綏察兩省接壤；西臨呂梁山及黃河與陜西毗連。省會(huì)太原，扼正太、同蒲兩鐵路之交點(diǎn)，依山帶水，歷來是戰(zhàn)略重鎮(zhèn)。第二戰(zhàn)區(qū)如能控制該地，不僅便利兵力調(diào)動(dòng)，且可威脅沿平漢路南下日軍之右側(cè)背，或北拊由察哈爾西進(jìn)日軍之左側(cè)背。一旦太原為日軍所占，則晉省南北交通聯(lián)絡(luò)即告中斷，而日軍還可保障沿平漢路南侵之側(cè)背安全。所以，太原成為敵我雙方必爭之地。
9月中旬，關(guān)東軍察哈爾兵團(tuán)占領(lǐng)大同后，以獨(dú)立混成第一旅團(tuán)進(jìn)占威遠(yuǎn)堡，北上攻略綏遠(yuǎn)；以獨(dú)立混成第十五旅團(tuán)沿同蒲路南下，直指太原。華北方面軍第五師團(tuán)由宣化南下，占領(lǐng)蔚縣，并向晉北廣靈攻擊。中國駐軍憑險(xiǎn)抵抗，晉北會(huì)戰(zhàn)的序幕由此揭開。
9月11日，日軍第五師團(tuán)由蔚縣、陽原進(jìn)犯廣靈。此前，閻錫山已增派兵力，加強(qiáng)廣靈方面的防御，其左右翼軍的兵力達(dá)6個(gè)軍，另外還有兩個(gè)師的預(yù)備隊(duì)^[19]。中國守軍與日軍激戰(zhàn)數(shù)日，傷亡慘重，湯恩伯部第四二三師師長呂超然壯烈殉國^[20]。14日，廣靈失守，奉令前往冀南整訓(xùn)。9月19日、20兩日，日軍繼續(xù)憑借強(qiáng)大火力，先后攻陷中方之白曠村、將軍山一帶陣地，并于21日攻占靈丘。此后，中國軍隊(duì)開始向平型關(guān)一帶轉(zhuǎn)移。廣靈、靈丘作戰(zhàn)期間，中國空軍也積極配合陸軍參戰(zhàn)。21日，日軍飛機(jī)至太原上空進(jìn)行偵察，遭中方兩架戰(zhàn)機(jī)攔截后退回。當(dāng)天下午，日軍轟炸機(jī)14架，在8架驅(qū)逐機(jī)的掩護(hù)下空襲太原。中國空軍第二十八大隊(duì)派出戰(zhàn)機(jī)7架升空迎敵，擊落敵機(jī)1架，中方飛機(jī)損毀2架，大隊(duì)長陳其光受傷，隊(duì)員梁定苑陣亡^[21]。
由于戰(zhàn)場形勢變化，閻錫山對第二戰(zhàn)區(qū)主力部隊(duì)重做部署，在沿內(nèi)長城雁門關(guān)至平型關(guān)一線構(gòu)筑起有組織之防線，準(zhǔn)備并用火力與攻勢轉(zhuǎn)移，以求各個(gè)擊破來犯之?dāng)?sup>[22]。平型關(guān)是恒山山脈中一個(gè)要隘。恒山山脈的正面是雁門關(guān)，縱深達(dá)30公里，山勢險(xiǎn)峻，是著名的古戰(zhàn)場；而其右側(cè)卻是寬闊的滹沱河谷，寬達(dá)10公里以上。在軍事地理上，這條川道是恒山的戰(zhàn)役走廊，是恒山山脈的軍事生命線。這條川道北端的平型關(guān)，則是一扇安全門，門被打開，日軍就可長驅(qū)直入，防御之師只能后撤百余公里，至忻口方可立足。為守住平型關(guān)，第二戰(zhàn)區(qū)安排重兵防守，還令中共領(lǐng)導(dǎo)的第十八集團(tuán)軍在側(cè)翼助攻。盡管作了有力部署，但對能否獲勝，閻錫山并無多大把握。因?yàn)樽匀哲娗秩肷轿饕詠?，?zhàn)局一再失利，閻已處于不打一仗無法向國人交代的尷尬境地，然而對這次能否有效阻止日軍前進(jìn)，胸中實(shí)無把握。
9月22日拂曉，日軍第五師團(tuán)先頭部隊(duì)四五千人，在戰(zhàn)車數(shù)十輛的前導(dǎo)下，開始向平型關(guān)正面發(fā)起猛攻，中國守軍第七十三師第一九七旅奮起阻擊，重創(chuàng)敵軍^[23]。23日拂曉，日軍再向中方平型關(guān)、團(tuán)城口、師福溝一帶陣地全面進(jìn)攻，至下午，平型關(guān)、團(tuán)城口進(jìn)犯之?dāng)潮恢蟹讲筷?duì)擊退，中方傷團(tuán)長1人，傷亡營長3人、士兵2000余人^[24]。東西跑池一帶戰(zhàn)況尤為激烈，戰(zhàn)斗中中方兩個(gè)連全部犧牲，雙方激戰(zhàn)至晚，遂成僵持之局。至24日夜晚，防守團(tuán)城口的中國軍隊(duì)經(jīng)多次肉搏，終因傷亡過重，被迫后撤。日軍突破防線后，立即準(zhǔn)備擴(kuò)大戰(zhàn)果，向縱深攻擊，然而25日上午，日軍第五師團(tuán)第二十一旅團(tuán)第二十一聯(lián)隊(duì)之一個(gè)大隊(duì)，卻在平型關(guān)遭到八路軍的伏擊，損失慘重。
日軍因平型關(guān)形勢危急，立即命令向石家莊轉(zhuǎn)移的第五師團(tuán)主力返回救援，同時(shí)又令察哈爾兵團(tuán)兩個(gè)旅團(tuán)的主力從大同南下，突破內(nèi)長城防線，直趨繁峙，予以策應(yīng)。26日，第五師團(tuán)全部三個(gè)聯(lián)隊(duì)開始向平型關(guān)發(fā)動(dòng)總攻，主攻矛頭直指平型關(guān)西北之迷回村，企圖打開一個(gè)缺口，中方第六集團(tuán)軍及聯(lián)合預(yù)備軍奮力阻擊。同日，閻錫山派出中國空軍北面支隊(duì)3架戰(zhàn)機(jī)，對平型關(guān)、蔡家峪一帶的日軍部隊(duì)及輜重實(shí)施空中打擊^[25]。27日，日軍在優(yōu)勢炮、空及戰(zhàn)車的支援下，再次發(fā)起猛攻，被中方部隊(duì)擊退。28日拂曉，第七集團(tuán)軍總司令傅作義為防日軍突破平型關(guān)，又派三個(gè)步兵團(tuán)與日軍展開肉搏格斗，中方傷亡慘重。此時(shí)日本關(guān)東軍兩個(gè)混成旅團(tuán)又經(jīng)應(yīng)縣南下，向中方守軍第二○三旅及第一○一師之茹越口、小石口等陣地發(fā)起進(jìn)攻，中方部隊(duì)堅(jiān)決抵抗，一度肉搏，損失奇重，旅長梁鑒堂督戰(zhàn)時(shí)英勇陣亡，“所部向團(tuán)傷亡三分之二，趙溫先團(tuán)亦傷亡半數(shù)以上”^[26]。茹越口陣地多次失而復(fù)得，但最終失守，中國軍隊(duì)退至繁峙以北三四十里之鐵角嶺布防^[27]。當(dāng)日，日軍攻占朔縣。朔縣守城部隊(duì)與日軍激戰(zhàn)，僅10余人突圍，其余官兵700多人全部殉國。日軍占領(lǐng)朔縣后，即開始屠城，城內(nèi)官紳、民眾被屠殺者在3000以上^[28]。另一方面，八路軍一部于28日迂回日軍之側(cè)背，在靈丘附近截獲滿載輜重汽車50余輛，并俘獲日軍200余人^[29]。
此后，日軍進(jìn)逼繁峙，使平型關(guān)中方守軍處于不利態(tài)勢。29日拂曉，日軍再次來犯，雙方激戰(zhàn)，中方陣地悉數(shù)被毀，但守軍仍英勇阻擊。然而此時(shí)，中方鐵角嶺陣地已落入敵手，中方部隊(duì)被迫縮短防線。當(dāng)日黃昏繁峙失守，中方平型關(guān)方面之補(bǔ)給線被切斷，各軍隊(duì)被迫向五臺山轉(zhuǎn)進(jìn)。至30日，中方軍隊(duì)大部被迫南移至忻口東西之線，再建抵抗陣地。
正當(dāng)平型關(guān)戰(zhàn)役激烈進(jìn)行之際，日本華北方面軍另以4個(gè)師團(tuán)的兵力沿平漢路推進(jìn)，至關(guān)東軍察哈爾兵團(tuán)攻陷繁峙之時(shí)，其前鋒部隊(duì)已越過保定，進(jìn)抵正定以北約40公里之新樂一帶，正太與平漢兩鐵路交會(huì)之石家莊已岌岌可危。日軍攻勢之急迫，不僅晉東震撼，太原亦堪憂慮。
鑒于晉北戰(zhàn)略地位之重要，10月1日代縣棄守后，第十四集團(tuán)軍總司令衛(wèi)立煌即奉令率所部第十四軍、第九軍、第八十五師、第五十四師、獨(dú)立第五旅、炮五團(tuán)等由石家莊星夜趕往太原增援^[30],第十九軍則堅(jiān)守崞縣、原平，以掩護(hù)第十四集團(tuán)軍在忻口附近集結(jié)布防。10月3日，閻錫山對第二戰(zhàn)區(qū)主力部隊(duì)重作部署，分左、中、右三路發(fā)起進(jìn)攻，以第六十八、第七十一、第一二○師、獨(dú)立第七旅，配屬炮兵第二十三、第二十四、第二十八各團(tuán)之第三營為左集團(tuán)軍，由第六集團(tuán)軍總司令楊愛源指揮；以第十四集團(tuán)軍、第十五軍、第十七軍、第十九軍、第三十四軍之一九六旅、炮兵第二十七團(tuán)等為中央集團(tuán)軍，由第十四集團(tuán)軍總司令衛(wèi)立煌指揮；以第十八集團(tuán)軍、第一○一師、新編第二師為右集團(tuán)軍，由第十八集團(tuán)軍總司令朱德指揮。同時(shí)，由第三十四、第三十五、第六十一軍，第六十六師及獨(dú)一、獨(dú)三旅團(tuán)作為預(yù)備集團(tuán)軍，由第七集團(tuán)軍總司令傅作義指揮^[31]。
日本軍部對攻占太原十分重視，10月1日向華北方面軍發(fā)出命令：“以一部進(jìn)行山西省北部作戰(zhàn)，攻占太原?！?sup>[32]當(dāng)天深夜，華北方面軍即令第五師團(tuán)的主力在代縣集結(jié)，準(zhǔn)備對太原發(fā)起攻擊。為增強(qiáng)第五師團(tuán)的攻擊力量，還將關(guān)東軍察哈爾兵團(tuán)在晉北的部隊(duì)劃歸該師團(tuán)統(tǒng)一指揮，另外又增派一個(gè)支隊(duì)給該師團(tuán)。與此同時(shí)，華北方面軍還令第一軍不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行石家莊會(huì)戰(zhàn)，并以一部進(jìn)入井陘以西要地策應(yīng)第五師團(tuán)。
10月6日，晉北日軍開始集中炮火向中國軍隊(duì)的陣地轟擊，發(fā)起忻口之戰(zhàn)。第二戰(zhàn)區(qū)在忻口的防御計(jì)劃是：兩翼依托五臺山和寧武山區(qū)，而以主力扼守忻口正面，并準(zhǔn)備相機(jī)采取攻勢，將日軍殲滅于平原以北地區(qū)。但因時(shí)間倉促，工事尚未完備。戰(zhàn)役剛發(fā)動(dòng)，崞縣即于8日棄守，導(dǎo)致平原被圍攻。雖緊急調(diào)主力援助解圍，但遭日軍阻擊，平原亦于11日失陷。13日8時(shí)許，日軍第五師團(tuán)及關(guān)東軍主力在板垣征四郎的統(tǒng)一指揮下，聯(lián)合陸軍、空軍之戰(zhàn)力，向中方中央兵團(tuán)南懷化陣地、左翼兵團(tuán)閻莊陣地發(fā)起全線進(jìn)攻。中日雙方當(dāng)即開展激戰(zhàn)，中國守軍奮勇迎敵。至10時(shí)，南懷化沿河工事全部被摧毀，守軍也傷亡殆盡。在日軍的強(qiáng)大攻勢下，南懷化、大白水等中方陣地先后被突破。
此后，第二戰(zhàn)區(qū)派出傅作義預(yù)備軍由忻口轉(zhuǎn)移攻勢。14日，忻口中國守軍開始向日軍發(fā)起進(jìn)攻，中日雙方遂在南懷化附近展開激戰(zhàn)。戰(zhàn)斗初始，戰(zhàn)場形勢對中方有利。至中午時(shí)分，日軍逐漸獲得增援。戰(zhàn)斗中，中方第二十一師師長李仙洲、新編第四旅旅長于振河先后負(fù)傷，日軍在飛機(jī)、戰(zhàn)車與火炮的支援下再次攻陷南懷化，中方部隊(duì)退至新練莊以東之線^[33]。15日，閻錫山得悉忻口正面之日軍已增至六七萬之多，中方雙方兵力懸殊，于是電令第十八集團(tuán)軍總司令朱德，指揮五臺山區(qū)之部隊(duì)截?cái)鄶澈蠼煌ǎ柚箶耻娎^續(xù)增援^[34]。當(dāng)日，第十八集團(tuán)軍一部，在靈丘、廣靈間擊潰日軍步騎兵200余人，汽車30余輛，并進(jìn)占廣靈。同時(shí)另一支隊(duì)在克復(fù)淶源后進(jìn)占紫荊關(guān)^[35]。15、16兩日，李仙洲、郝夢齡、陳長捷等率部與日軍主力在南懷化附近及大白水等陣地激烈交鋒，第九軍軍長郝夢齡、第五十四師師長劉家騏、獨(dú)立第五旅旅長鄭廷珍相繼殉國，中方部隊(duì)指揮也一度中斷^[36]。此后，衛(wèi)立煌派第六十一軍軍長陳長捷統(tǒng)一指揮中央兵團(tuán)各部繼續(xù)作戰(zhàn)，同時(shí)電請軍事委員會(huì)予以增援。20日起，日軍將進(jìn)攻重點(diǎn)轉(zhuǎn)向南懷化東南之平頂山，先以飛機(jī)、火炮連續(xù)轟擊，又施放大量催淚性毒氣，繼之以步兵突進(jìn)。中方部隊(duì)堵?lián)舨患?，平頂山被日軍攻占?2日拂曉，中方第八十五師由新編第四旅右翼出擊，日軍負(fù)隅頑抗，并頻放催淚彈及燃燒彈。中方部隊(duì)奮勇突擊，與日軍肉搏十余次，終于于當(dāng)日下午克復(fù)平頂山。是時(shí)，右集團(tuán)軍第十八集團(tuán)軍第一一五師、第一二○師也在敵后開展游擊，配合忻口正面中方軍隊(duì)的作戰(zhàn)^[37]。24日，日軍再次發(fā)起總攻，被中方守軍擊退。至27日，忻口戰(zhàn)事仍呈膠著狀態(tài)。
正當(dāng)晉北戰(zhàn)役激烈進(jìn)行之際，沿平漢路南下的日軍第二十師團(tuán)之一部企圖入晉增援第五師團(tuán)，遭第一戰(zhàn)區(qū)部隊(duì)在娘子關(guān)一線阻攔后，第二戰(zhàn)區(qū)右翼才暫獲安定。此時(shí)，日本華北方面軍第一軍主力繼續(xù)沿平漢線南下，而以第二十師團(tuán)主力控制石家莊后，又沿正太路西犯。其先頭部隊(duì)突破多道防線，侵入山西境內(nèi)。
10月10日午后，第二十師團(tuán)分途渡越滹沱河南岸，直逼井陘。當(dāng)晚，閻錫山特派黃紹竑為第二戰(zhàn)區(qū)副司令長官，并赴娘子關(guān)指揮作戰(zhàn)^[38]。12日，日軍在戰(zhàn)機(jī)的支援下向中方守軍陣地猛攻，下午突破中方劉家溝附近陣地，至黃昏又相繼攻陷長生口、大小龍窩與井陘。此后，閻錫山急令晉北之孫連仲部回援娘子關(guān)，并參加防守正太路的作戰(zhàn)。13日，日軍攻占舊關(guān)。次日拂曉，中方第十二師、第二十七師等部開始向舊關(guān)發(fā)起第一次反擊，中、日雙方展開激烈爭奪戰(zhàn)。15日凌晨，閻錫山下令將娘子關(guān)附近作戰(zhàn)的指揮權(quán)交給孫連仲。拂曉，中方部隊(duì)再次發(fā)動(dòng)進(jìn)攻，并占領(lǐng)核桃園、甘桃驛等地。經(jīng)過兩日作戰(zhàn)，中方于舊關(guān)附近計(jì)斃敵鯉登行一大佐、中島利男少佐以下500余名^[39]。16日拂曉，中方再度出擊舊關(guān)，此時(shí)日軍亦在炮火掩護(hù)下發(fā)起攻擊，雙方展開肉搏近戰(zhàn)，最終中方攻占之核桃園等地落入敵手，中方則退回原陣地，第二次反擊舊關(guān)沒有奏效。17日至18日，中方各部隊(duì)再次出擊，攻擊黃石嘴以西舊關(guān)、大小龍窩一帶之日軍。中方一度實(shí)行夜襲，雖有所進(jìn)展，但傷亡慘重，第三十八軍教導(dǎo)團(tuán)計(jì)傷亡營長3員，連長14員，官兵共2000余人，幾乎全團(tuán)殉國^[40]。19日，乏驢嶺方面之日軍，向中方第十七師陣地全面猛攻，中方部隊(duì)折損重大，被迫退向北峪、東葛丹一線防守，第三次反擊舊關(guān)失利。
20日，日軍第二十師團(tuán)在戰(zhàn)機(jī)的掩護(hù)之下，向娘子關(guān)中方第二十七師所守高地及北峪一帶陣地猛攻。中國守軍奮力迎擊，與日軍肉搏十余次，陣地大部失陷。22日，日軍再次猛攻第二十七師所守高地，二十七師第七十九旅及新十團(tuán)傷亡營長以下600余人^[41]。鑒于中方傷亡重大，戰(zhàn)力銳減，且日方援軍將至，黃紹竑遂電令孫連仲第二十六路軍縮短防線。由于第二十六路軍自房山、琉璃河、涿州、平山抗戰(zhàn)以來，激戰(zhàn)數(shù)十次，實(shí)力損失三分之一強(qiáng)，且又在娘子關(guān)一帶血戰(zhàn)八晝夜，實(shí)力已不滿6000人^[42],閻錫山遂將剛抵達(dá)太原的第二十二集團(tuán)軍鄧錫侯部急調(diào)至陽泉，增援第二十六路軍的對日作戰(zhàn)。24日，日軍再向中方部隊(duì)發(fā)動(dòng)全線進(jìn)攻，第三軍陣地一度動(dòng)搖。此后，日軍又切斷陽泉與平定間的通道，娘子關(guān)正面的中方部隊(duì)也被擊破。正太路中方部隊(duì)久戰(zhàn)疲憊，且傷亡重大，不得不于26日主動(dòng)撤離，日軍因此輕易進(jìn)占娘子關(guān)。盡管如此，蔣介石仍于28日電令閻錫山，要求娘子關(guān)方面作戰(zhàn)部隊(duì)利用壽陽以東地區(qū)山地堅(jiān)強(qiáng)抵抗，“如無命令，即將全部犧牲，亦不許退至壽陽以西”^[43],此舉無疑是想通過抵抗延遲日軍對太原的進(jìn)攻。隨著第二十六軍的撤退和晉東防線的失守，晉北守軍立即處于危險(xiǎn)境地。閻錫山被迫于11月1日電令忻口各部隊(duì)退出陣地，向太原以北地區(qū)轉(zhuǎn)移，進(jìn)入預(yù)定陣地，繼續(xù)拒敵南下。至此，忻口戰(zhàn)役也以失利而告結(jié)束。
隨著晉北守軍的后撤，日軍第五師團(tuán)于11月3日開始，由忻口向南追擊；晉東的第二十師團(tuán)，此時(shí)也已占領(lǐng)壽陽，向太原逼近。為盡快攻占太原，日本華北方面軍令其第一軍統(tǒng)一指揮太原攻略戰(zhàn)。第一軍軍長香月清司于4日發(fā)出命令：第五師團(tuán)以主力繼續(xù)向太原攻擊，以一部向汾陽附近追擊；第二十師團(tuán)以一部攻占榆次西北地區(qū)，對太原東南中國軍陣地保持監(jiān)視，其主力繼續(xù)沿鐵路線向晉中的平遙、介休方向追擊；昔陽支隊(duì)先進(jìn)擊榆次，并與隨后跟進(jìn)之第一○九師團(tuán)主力會(huì)合^[44]。這是一個(gè)對太原實(shí)行三面圍攻的計(jì)劃。
對于太原保衛(wèi)戰(zhàn)，第二戰(zhàn)區(qū)曾訂有作戰(zhàn)計(jì)劃。其指導(dǎo)方針是“利用太原四周既設(shè)陣地，實(shí)行依城野戰(zhàn)，以阻敵前進(jìn)，消滅其兵力，待我后援兵團(tuán)到達(dá)，再施行反攻夾擊而聚殲之”^[45]。根據(jù)上述計(jì)劃，閻錫山在太原四周構(gòu)筑了一批防御工事，對部隊(duì)配備也有專門部署。對城內(nèi)防衛(wèi)，則有更周詳?shù)陌才?，以使各種武器互相配合，“能集中所有火力，以達(dá)殲滅敵人之目的”^[46]。為使該計(jì)劃能夠貫徹實(shí)施，閻錫山曾任命衛(wèi)立煌為第二戰(zhàn)區(qū)前敵總司令，統(tǒng)帥全戰(zhàn)區(qū)各部隊(duì)，傅作義兼太原守備司令，負(fù)責(zé)城內(nèi)防務(wù)^[47]。然而戰(zhàn)場形勢之變化，已超出閻錫山等人的估計(jì)，因此上述計(jì)劃根本無法實(shí)施。
11月4日，從忻口后撤的中國軍隊(duì)正準(zhǔn)備在太原外圍陣地部署之際，日軍也已尾追而至；從晉東后撤之各部，在途中即遭日軍襲擊，無法進(jìn)入后方陣地，被迫向榆次西南轉(zhuǎn)移。衛(wèi)立煌只得臨時(shí)抽調(diào)其他部隊(duì)去該陣地防御，但這些陣地根本無法阻止日軍的攻擊。日軍第五師團(tuán)，在百余輛戰(zhàn)車、裝甲車及飛機(jī)的配合下，于5日即推進(jìn)到太原北面的城下；而于晉東來的第二十師團(tuán)，亦于同一天到達(dá)太原南郊。第二天，日軍即從南北兩面向太原發(fā)起攻擊。傅作義率部與日軍奮戰(zhàn)，在日軍炮火與飛機(jī)的夾擊下，傷亡慘重，至11月8日已無力堅(jiān)守。當(dāng)天晚上，殘部從南城門突圍，向晉南退卻，太原城遂告陷落。
從平型關(guān)抗戰(zhàn)至太原保衛(wèi)戰(zhàn)，蔣介石與閻錫山曾下決心堅(jiān)決抵抗，在軍事上也作出了積極安排，然而第一線部隊(duì)一再潰退，導(dǎo)致整個(gè)戰(zhàn)役失利，其原因是多方面的。除了武器武備處于劣勢，軍隊(duì)整體素質(zhì)不如敵人之外，戰(zhàn)略上的失誤和不少軍官貪生怕死也是非常重要的原因。其消極防御的戰(zhàn)略，無法發(fā)揮在天時(shí)地利方面的優(yōu)勢，簡單的陣地戰(zhàn)更使中方在武器裝備方面的弱點(diǎn)暴露無遺。對于參戰(zhàn)部隊(duì)斗志低下，其內(nèi)部將士也感不滿，他們曾向上峰反映：“查我軍將士無戰(zhàn)力，遇敵即退。平型關(guān)之?dāng)巢贿^一旅團(tuán)，以十六團(tuán)兵力，傅總司令親臨指揮，幾日且并無絲毫進(jìn)展，而以潰后退?！堉醒胨倩I大計(jì)，以免遺[貽]誤全局?！?sup>[48]多種因素結(jié)合在一起，失敗就無法避免。
晉北作戰(zhàn)失利，是中國抗日戰(zhàn)爭的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。毛澤東明確指出：太原失守以后，“在華北，以國民黨為主體的正規(guī)戰(zhàn)爭已經(jīng)結(jié)束，以共產(chǎn)黨為主體的游擊戰(zhàn)爭進(jìn)入主要地位”^[49]。