第2旅由繁峙进攻崞县。其先头部队在阳明堡击破第19军之警戒阵地后，向郑家营之第205旅进攻。2日，第19军主力在崞县部署完毕，与日军展开激烈的城池攻守战。4日，日军混成第15旅由崞县城西迂回，进攻原平。5、6两日，日军在炮火支援下，多次进攻，均被守军击退。第19军军长王靖国由第70师抽出部队，组织数次夜间出击，颇有斩获，7日，日军航空兵及炮兵进行数小时火力急袭，爆毁北城垣数十米，守军第401团伤亡殆尽。日军在战车掩护下，于14时突人城中。22时，城中各部队之高级指挥官均亲率直属队进行巷战，终因伤亡太大，无力再战。8日2时许，王靖国率第19军残部，分由东、南关撤出，崞县遂陷。原平守军第196旅坚守至11日下午，仅余官兵二三百人，仍与突人城内的日军巷战两小时之久，旅长姜玉贞战死，原平陷落。在此之前，宁武已于10月6日失守，守军独立第7旅退守轩岗。

    10月12日，各集团军均已到达忻口地区，占领阵地。第二战区又令傅作义率总预备军加入中央军作战，并调整部署，将中央军区分为3个兵团，以刘茂恩指挥第15、第17、第33军等部为右翼兵团，以郝梦龄指挥第9、第19、第35、第61军等部为中央兵团，以李默庵指挥第14军及第66、第71、第85师为左翼兵团，仍以卫立煌为前敌总司令，统一指挥3个兵团作战。当日，日军第5师团在原平集结完毕，决心于13日开始进攻，以混成第15旅团、堤支队在同蒲路西展开，第5师团主力在同蒲路东展开。

    13日拂晓，日军先以一部兵力向前进阵地实施威力侦察。8时许，日军约5000人，在数十辆战车、30亲架飞机和炮火支援下，向中央兵团南怀化阵地攻击。10时，阵地摧毁，守军伤亡殆尽，该阵地失陷，日军继续向纵深进攻。郝梦龄以第21师的2个团实施反击，至15时，将敌压制于云中河畔。另有日军约3000人突人左翼兵团阎庄阵地，第10师以反击将其击退。当日，卫立煌与傅作义会商，决定采取攻势作战，以总预备军之一部由中央地区出击。阎锡山为使主力作战便利，令左、右两翼军积极向敌后方活动，以破坏其交通，阻止敌增援，并将左翼军之第68，第71师转隶中央军。14日拂晓前，中国军队开始出击。

    第15军主力将当面之敌压迫于滹沱河畔灵山脚下；第35军第218旅攻占石庄，击退日军干余人连续4次反冲击，旅长董其武身负重伤，仍坚持指挥；第9军及新编第4旅、独立第2旅向南怀化之敌攻击，适日军亦增援反击，击战激烈，师长李仙州、旅长于振河负伤，双方均无进展，对战至暮；第10师攻占旧练庄，日军约2000人亦攻占大白水；第83师主力及第85师一部攻击卫家庄，与敌增援部队对战至暮。当日晚，卫立煌到忻口调整部署：今第61军军长陈长捷指挥独立第2第3旅（欠1个团），新编第4旅及第21师，消灭南怀化之敌；令郝梦龄指挥第54师、独立第3旅之1个团、第217旅，第218旅，向铁路正面攻击。15日，由铁路正面出击的部队，一度攻占中泥河，后被迫迟回。进攻南怀仁日军之部队，攻占卫家庄及1482高地，压迫日军迟据南北庄头。16日，卫立煌又投入第68师及独立第5旅、新编第4旅及第21师，发起攻击。第218旅攻占旧河北，进出至南怀化敌军之后，其他各部亦有进展，杀敌甚多。值此紧要时刻，中央兵团长郝梦龄、第54师师长刘家麒、独立第5旅旅长郑延珍等同时阵亡，部队损失亦极大，与敌形成僵持状态，难以扩大战果。当日夜，卫立煌决心改取守势，并请求增援。阎锡山命第94师及第177师第529旅，由尤泉关至宏道镇，归卫立煌指挥，17日至19日，日军集中兵力不断发动猛攻，主突方向指向南怀化东北侧高地