錫山。
當南口，張家口之軍隊撤退至察、綏時，第二戰區決定加強晉北的防禦，并拟定了作戰計劃：“利用山地殲滅敵人。
以主力配置于天鎮、陽高、廣靈、平型關各地區，以一部控制于大同、渾源、應縣附近。
”
9月5日，日察哈爾派遣兵團開始進攻。
李服膺之第61軍，在天鎮以東山地逐次抗擊後退人城中。
9日，陽高失守，李服膺棄天鎮城撤走。
11日，日軍進至聚樂堡，逼近大同，第5師團亦攻占蔚縣，第7集團軍總司令傅作義計劃集中兵力，在大同地區與敵決戰。
閻錫山以大同地形不利為由，收縮戰線，令其放棄大同，退守雁門關長城沿線。
日察哈爾派遣兵團于13日占領大同，17日攻占豐鎮，20日占領左雲、右玉。
第5師團于14日攻占廣靈，9月21日，第二戰區急令第17、第15軍及第73師開赴平型關，阻止日軍西進。
22日，日軍開始進攻，遭到守軍的頑強抗擊，頓兵關前。
25日，日軍第5師團第21旅團野戰炮兵大隊及師團辎重部隊向平型關增援，在平型關以東的小塞村附近，被設伏該地的第18集團軍第115師包圍，全部被殲。
日察哈爾派遣兵團于當日下令，命第2、第15混成旅團及獨立第1混成旅團，分别由大同，懷仁、右玉南下，增援第5師團。
平型關方面，日軍連日猛烈攻擊，均被守軍擊退。
到29日，日軍南下的3個旅團，分别突破第61軍在長城沿線、第34軍在茹越口、騎兵第1軍在平魯等地的防線，攻占了平型關以西的鐵角嶺、繁峙，朔縣。
平型關的中國軍隊，為避免彼敵包圍，于30日拂曉，向五台山區轉移。
日軍攻占平型關後，第5師團繼續西進，與占領繁峙之第15混成旅會合後，于10月1日攻占代縣。
日本參謀本部根據中國正集中兵力于上海戰場，未再向華北戰場增派兵力，大同以北、以西地區的守軍兵力薄弱，正由晉北後撤，而其第1、第2軍及察哈爾派遣兵團進展順利的情況，于10月1日命令華北方面軍“以一部兵力進占太原”，并令關東軍将察哈爾派遣兵團的2個旅團轉隸華北方面軍。
華北方面軍令第5師團長闆垣征四郎負責指揮。
所屬部隊有該師團之第21旅團、第9旅團之步兵第11聯隊；察哈爾派遣兵團轉隸來之混成第2、第15旅團；中國駐屯軍步兵第2聯隊、堤支隊（2個步兵中隊、1個機槍中隊、1個步兵炮隊、1個裝甲汽車隊），第2聯隊及騎兵、工兵各1個中隊。
總計步兵約24個大隊、騎兵6個大隊、各種大炮95門（山炮21門、野炮44門、輕榴彈炮20門、150毫米榴彈炮8門，150毫米加農炮2門）、戰車數十輛。
為掩護部隊集中和整頓，闆垣令混成第2，第15旅團繼續向撤退之中國軍隊進攻，師團主力拟于10月13日開始進攻。
中國軍隊放棄平型關後，晉北形勢危急。
中國統帥部于10月1日急令第一戰區之第14集團軍總