日军侵占平津，占领长辛店、丰台、南苑、独流等外围据点，掩护其主力集中，按照其1937年7月27日制定的战计划，预定在增援的5、6、10师团达，主力沿平汉、津浦铁路南。
8月1日，中国统帅部命傅义35军汤恩伯13军向察哈尔前进，威胁平津日军，8月4日，达南口区，日军解除其南进的顾忧，独立混11旅团8月8日进攻南口，遭13军的顽强抗击，次冲锋均被击退。
8月9日，日本参谋本部消除平津区北面威胁，尔战创造有利条件，令关东军组察哈尔派遣兵团，与中国驻屯军协同打通平绥铁路东段，并占领张口。日军混11旅团11日再次进攻南口，汤恩伯指挥89师进行反击，将日军包围阵前并切断其方联络线。日军被迫转据山防守，靠空投补给弹药、食粮。日中国驻屯军司令官香月清司，急调刚刚达华北5师团增援。
8月20日，日关东军察哈尔派遣乓团（指挥官东条英机中将，辖独立混1旅团，混2、15旅团，步兵16、30联队，骑兵2联队，野炮兵2联队，工兵2联队及2飞行集团的14飞行中队）始向张口进攻，日军5师团16日进至南口区，指挥11混旅团猛攻13军阵，25日攻占南口。27日，北路日军亦攻占张口。中国军队逐渐向绥晋区撤退。
日军占领平绥铁路东段，进一步扩侵华战争，8月31日再向华北增调14、16、108、109师团，并编华北方面军，寺内寿一将司令官，辖1军（司令官香月清司中将，辖6、14，20师团，野战重炮兵1、2旅、8联队，独立山炮1、3联队，战车1、2队）、2军（司令官西尾寿造中将，辖10、16、108师团，野战重炮6旅团）。方面军直辖部队有5、109师团，中国驻屯混旅团、临航空兵团及独立攻城重炮兵1、2队等。9月4日，1、2军分别沿平汉、津浦铁路南，平汉路主进攻方向，企图在保定、沧县一线围歼河北境内的中国军队，察哈尔派遣兵团配属一部伪满军及伪蒙军，由张口沿平绥路向镇、同进攻，5师团由宣化，涿鹿沿桑干河两岸向蔚县、阳原进攻。
随着日本侵华战争的扩，国民政府8月11日召国防议，决定立本营（不久仍军委员抗战最高统帅部），由蒋介石任陆海空军无帅。8月20日达《国军战指寻计划》，将全军区划分5战区，确定主战场在一战区，主战场侧背在二战区。一战区战域冀省及鲁北，司令长官蒋介石兼，由石庄行营主任徐永昌代理。二战区战域察、绥、晋省，司令长官阎锡山。南口，张口军队撤退至察、绥，二战区决定加强晋北的防御，并拟定了战计划：“利山歼灭敌人。主力配置镇、阳高、广灵、平型关各区，一部控制同、浑源、应县附近。”
9月5日，日察哈尔派遣兵团始进攻。李服膺61军，在镇东山逐次抗击退人城中。9日，阳高失守，李服膺弃镇城撤走。
11日，日军进至聚乐堡，逼近同，5师团亦攻占蔚县，7集团军总司令傅义计划集中兵力，在同区与敌决战。阎锡山同形不利由，收缩战线，令其放弃同，退守雁门关长城沿线。日察哈尔派遣兵团13日占领同，17日攻占丰镇，20日占领左云、右玉。5师团14日攻占广灵，9月21日，二战区急令17、15军及73师赴平型关，阻止日军西进。
22日，日军始进攻，遭守军的顽强抗击，顿兵关前。25日，日军5师团21旅团野战炮兵队及师团辎重部队向平型关增援，在平型关东的塞村附近，被设伏该的18集团军115师包围，全部被歼。日察哈尔派遣兵团日令，命2、15混旅团及独立1混旅团，分别由同，怀仁、右玉南，增援5师团。平型关方面，日军连日猛烈攻击，均被守军击退。29日，日军南的3旅团，分别突破61军在长城沿线、34军在茹越口、骑兵1军在平鲁等的防线，攻占了平型关西的铁角岭、繁峙，朔县。
平型关的中国军队，避免彼敌包围，30日拂晓，向五台山区转移。
日军攻占平型关，5师团继续西进，与占领繁峙15混旅合，10月1日攻占代县。日本参谋本部根据中国正集中兵力海战场，未再向华北战场增派兵力，同北、西区的守军兵力薄弱，正由晋北撤，其1、2军及察哈尔派遣兵团进展顺利的情况，10月1日命令华北方面军“一部兵力进占太原”，并令关东军将察哈尔派遣兵团的2旅团转隶华北方面军。华北方面军令5师团长板垣征四郎负责指挥。所属部队有该师团21旅团、9旅团步兵11联队；察哈尔派遣兵团转隶混2、15旅团；中国驻屯军步兵2联队、堤支队（2步兵中队、1机枪中队、1步兵炮队、1装甲汽车队），2联队及骑兵、工兵各1中队。总计步兵约24队、骑兵6队、各炮95门（山炮21门、野炮44门、轻榴弹炮20门、150毫米榴弹炮8门，150毫米加农炮2门）、战车数十辆。掩护部队集中整顿，板垣令混2，15旅团继续向撤退中国军队进攻，师团主力拟10月13日始进攻。
中国军队放弃平型关，晋北形势危急。中国统帅部10月1日急令一战区14集团军总司令卫立煌，率4半师，由石庄经正太路车运太原，转赴晋北，兼程驰援。二战区将准备在忻口区抗击日军的部队编4集团军：右翼军（18集团军总司令朱德），辖115、129、73、101师，新编2师；中央军（14集团军总司令卫立煌），辖9、14、15、17军（每军2师），19军（2师又1旅），85、94、177、42师，独立5旅，炮兵5团，炮兵23、27。28团（各欠1营）及1战车防御炮营，1装甲车队；左翼军（6集团军总司令杨爱源）辖68、71、120师，独立7旅及炮兵3营；总预备军（7集团军总司令傅义），辖骑兵1、2军，34，35，61军，66师，独立1旅，炮兵21、22团及炮兵25团2营，战区直辖空军北正面支队（4飞行中队，10月12日归人中央集团军序列）。
战区制定的忻口战方针是：“1.本战区攻势防御目的，主力占领蔡岗、灵山、界河铺、南怀化、白水、卫庄、1482高迄阳方口既设阵线，两翼依托五台及宁武各山脉，缩短战线，集中兵力，侵入敌乘其立足未稳，迅速击灭。2.一部占领五台山、罗圈沟、峨口至峪口线，另主力一部占领中解村、阳明堡、虎头山、黑峪村线，竭力阻止敌前进，不己，撤据崞县、原平、轩岗一带，逐次消耗敌实力，掩护军集中。”
战区的兵力部署是：右翼军在五台山、罗圈沟至峪口线占领阵；中央军在蔡岗至1482高线占领阵；左翼军在黑峪村迄阳方口线占领阵；总预备军控制定襄、忻县一带，策应各方。
10月1日，日军混2旅由繁峙进攻崞县。其先头部队在阳明堡击破19军警戒阵，向郑营205旅进攻。2日，19军主力在崞县部署完毕，与日军展激烈的城池攻守战。4日，日军混15旅由崞县城西迂回，进攻原平。5、6两日，日军在炮火支援，次进攻，均被守军击退。19军军长王靖国由70师抽部队，组织数次夜间击，颇有斩获，7日，日军航空兵及炮兵进行数火力急袭，爆毁北城垣数十米，守军401团伤亡殆尽。日军在战车掩护，14突人城中。22，城中各部队高级指挥官均亲率直属队进行巷战，终因伤亡太，无力再战。8日2许，王靖国率19军残部，分由东、南关撤，崞县遂陷。原平守军196旅坚守至11日午，仅余官兵二三百人，仍与突人城内的日军巷战两久，旅长姜玉贞战死，原平陷落。在此前，宁武已10月6日失守，守军独立7旅退守轩岗。
10月12日，各集团军均已达忻口区，占领阵。二战区又令傅义率总预备军加入中央军战，并调整部署，将中央军区分3兵团，刘茂恩指挥15、17、33军等部右翼兵团，郝梦龄指挥9、19、35、61军等部中央兵团，李默庵指挥14军及
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