日軍突破閻錫山設在內長城防線後，察哈爾派遣兵團所屬第2師團尾隨撤退的中國軍隊，于1月1日攻陷代縣，獨立混成第1旅團及山下奉文旅團西出朔縣、陽方口，向寧武進攻，威脅中國守軍左翼，太原已危在旦夕。
為了保衛太原，閻錫山急忙調集楊愛源第4集團軍和傅作義第5集團軍兩部8萬余兵力，采用攻勢防御的戰術，以一部扼守五台山、崞縣，掩護大軍集中，主力向忻口附近集結，佔領既設陣地，阻敵南下，築起保衛太原的最後一道防線。
就在閻錫山調兵遣將的同時，日軍大本營鑒于山西的「政略價值」和在安陽一線圍殲中國軍隊的戰略目的沒有達成、第10師團幾乎全軍覆沒等諸多方面的因素的通盤考量，正式下達作戰命令。命令華北方面軍「以一部兵力在山西省北部作戰佔領太原」；命令關東軍「以一部入列華北方面軍指揮下」，協助該方面軍作戰。華北方面軍當夜便令第2師團主力集結代縣，準備攻佔太原；並命令關東軍察哈爾派遣兵團各部統一劃歸第1軍司令官香月清司中將指揮。同時又從集中在冀豫邊境的第108師團抽出步兵第52聯隊，經平綏線運至大同交由第一軍指揮。
這樣一來，集結在山西北部的日軍第2師團約1.5萬人、混成第1旅團約3000余人、混成第2旅團約4000余人、中國駐屯軍獨立混成旅團約000余人、中村支隊（即第108師團第104旅團所屬第52聯隊）約3000余人。上述各部相加，日軍的總兵力已經超過3萬人。日軍動用如此重兵，目的在于迅速拿下太原，並以山西為戰略基地，向西威脅陝西，向北威脅綏遠，向南威懾河南，徹底解決華北問題。
在敵軍的大肆進攻下，閻錫山只好向西北求援。此時西北在東線只有4個步兵師和2個獨立騎兵旅的預備部隊，但鑒于山西地位的重要（性），西北依舊抽調第38師進入山西。此外1月2日，西北還緊急調動鄧錫侯第9集團軍所部陳鼎勛第45軍、黃隱第軍兩部計4個師又2個補充團，分乘94節鐵皮悶罐車，分成10列，每15分鐘一列，星夜由漢中運往太原，轉赴晉北對日作戰。
同日，閻錫山從五台回到太原，決定在忻口附近與敵決戰，然而出于對川軍戰力的不信任，閻錫山執意要從娘子關一線調出王靖國第19軍和馮治安第軍團，此後經過西北派駐山西戰區的參謀長葛敬恩葛湛侯中將協調，以戰區副長官身份指揮娘子關一線戰斗的李過終于還是同意了閻錫山的決定，但提出進入山西的西北軍第38師和鄧錫侯部必須轉用于娘子關一線，對此閻錫山也表示了同意。
就在閻錫山調整部署，準備與敵在忻口決戰之際。日軍也在大營鎮附近迅速整頓兵力，（欲）搶佔太原，並以一部兵力緊追閻軍而來，在砂河附近同掩護各部的第35軍激戰之後，向崞縣猛撲。為了爭取部署時間，閻錫山命楊澄源率第34軍附炮兵1個團死守崞縣10天；令姜玉貞第19旅附炮兵第2團第2營堅守原平鎮；令馬延守獨立第7旅守衛軒崗，阻敵南進，以掩護大軍在忻口附近從容備戰。
1月1日，日軍混成第2旅團沿公路向崞縣急進，並以飛機10余架轟炸縣城。2日開始，以步兵、騎兵、裝甲車、飛機協同進攻崞縣。4日，日軍繼續攻擊崞縣的同時，以混成第1旅團1000余人由崞縣城以西迂回，直趨原平。閻錫山于當日下午電令楊澄源，派有力部隊，跟蹤敵後，夾擊進攻原平之敵。
但是，從五台山向忻口轉移的晉綏軍尚須兩日方可到達指定位置，娘子關一線轉道而來的王靖國和馮治安部也還未趕到，形勢危急。為了使主力部隊有充裕的時間進行戰前準備，閻錫山再次下令︰「死守崞縣、原平、忻口鎮、忻縣各要點，遲滯敵人前進，以待後續部隊到達，與敵決戰。」
1月5日拂曉，敵增兵以飛機、重炮協同步兵續攻崞縣，城內外房舍多被摧毀，北關守軍第407團一營陣地被擊毀，士兵傷亡達2月日上午，敵約2000余人附20余門炮，從三面圍攻崞縣，並集中炮火猛轟北關第407團陣地，將該團陣地完全摧毀，全團官兵全部殉國。
在崞縣激戰之際，閻錫山急忙調兵遣將試圖反擊，遂于日給前線各部下達命令︰「本戰區擬對侵入平型關、雁門關、陽方口之敵乘其立足未穩，迅速擊破，並先殲滅圍攻原平、崞縣之敵。右翼軍以一部對平型關方向警戒，以主力進出代縣、繁峙，截擊敵人。中央軍由忻口通崞縣公路兩側地區，向原平、崞縣之敵進攻。左翼軍速掃蕩寧武、朔縣之敵，並進出廣武以北地區，遮斷敵之後路聯絡。騎兵趙（承綬）軍在平魯、右玉、涼城以西地區活動，阻止綏遠方面敵軍南下，並相機進出大同附近，截斷平綏鐵路。總預備軍暫位于太原以北地區，爾後隨戰況之進展再行推進。」
1月7日，圍攻崞縣日軍增至五六千人，猛攻城西北隅，先以20余架飛機、30余門野重炮對城垣猛轟濫炸達小時之久。北城牆被毀，守兵傷亡極為慘重，第409、410團傷亡殆盡，日軍由城牆缺口蜂擁登城。東西兩城守軍奮勇夾擊，與敵展開巷戰（肉）搏，反復沖殺，傷亡慘重，團長石煥然壯烈殉國。入夜，戰況愈烈，守軍高級軍官亦率部參戰，而日軍卻有增無減，已無力挽回局勢。8日凌晨，楊澄源率余部突圍，崞縣陷落。
崞縣陷落導致原平鎮一下子成了整個戰區的重中之重，原平鎮坐落在忻口以北30里，是日軍進攻忻口必經之路的又一重鎮。如果日軍于我軍在忻口集結完畢之前拿下原平，即可直下忻口，戰局將不堪設想。第19旅旅長姜玉貞奉閻錫山之命集結原平鎮後就曾積極進行戰前準備，隨著戰局的惡化他又接到閻錫山的命令，要求不惜代價固守原平7天。
1月4日，日軍在進攻崞縣的同時發動了對原平的進攻。幾日內守軍第19旅幾度擊退日軍攻勢。1月日，日軍又集中兵力，在優勢炮火支援下，采用波浪式的集團沖鋒戰法，猛攻城東北角，破城而入。守軍與敵展開巷戰，雙方隔街據守，逐院爭奪，傷亡均重。10月7日，日軍攻破城西北防線，姜玉貞率部撤至城西南一帶，繼續阻敵。8日，崞縣日軍除以一部尾隨第34軍外，以大部及後續部隊圍攻原平。此時，原平守軍已完成預定阻擊任務，可閻錫山又電令姜玉貞，務必再堅持3天，雖剩一兵一卒，也要死守原平。姜玉貞率余部與敵拼死戰斗，陣地易手數次，失而復得，戰況極為慘烈。1月10日，日軍以飛機、戰車、裝甲車掩護步兵2000余人，迭次進攻，激戰終日。守軍拼死抵抗，擊毀敵戰車兩輛，並與敵（肉）搏多次，雙方傷亡極眾。
為了解原平之圍，閻錫山于10日下午給已抵達忻口的各部下達如下命令︰「右翼軍應以一部由東冶鎮通中解村、蘇龍口道路，乘中央軍與敵激戰之際，進出于陽明堡方面，斷敵歸路。中央軍應于真（11日）日拂曉前，一部進出于原平東方125高地至神山高地之線，並速向圍攻原平之敵進攻，援助姜旅。左翼軍應于真日以主力進出于王家莊（原平西偏北約17公里）、彭家塔之線，協助中央軍之進攻。總預備軍以主力推進〔于〕部落鎮附近。」
1月11日，日軍以步空協同，再度猛攻原平，姜玉貞率余部，浴血苦戰，每一房屋的侵戰，均使敵付極大的代價。激戰至下午，全旅官兵僅存二三百人，山炮全毀，仍退守鎮東北角，與敵（肉）搏巷戰，最後僅留3戶農家大院，猶與敵死拼，自姜玉貞旅長以下官兵傷亡殆盡，原平遂陷入敵手。閻錫山為此戰役而作詩一首︰「全區原平戰最烈，二團只還五百人。據守三院十一日，玉貞旅長兼成仁。」
崞縣、原平守軍激戰數日，為忻口大軍的集結與部署贏得了寶貴的時間。閻錫山在忻口戰役後曾贊曰︰「忻口布陣得從容，全憑原平抗敵功。」兩地失守後，忻口便處于日軍的直接攻擊之下。
忻口，古為軍事要地。相傳漢高祖劉邦被匈奴困于平城（今大同東），後突圍退到此地，觀于地勢之險要，六軍忻然，故而得名忻口。它位于太原北面100公里的忻（州）定（襄）盆地北部，是五台山、雲中山東西兩山峽谷中的一個隘口。在這個峪谷川道中凸起一條高度不大，南北長1公里，東西寬3公里的山嶺，頭枕界河鋪，腳伸至秦城。忻口鎮緊貼在山嶺北端右側腳下，地勢十分險要。以界河鋪為基點，左側是連綿起伏的雲中山，右側為崗巒重疊的五台山，恰如這盆地的葫蘆口。在地理上是出入晉中的交通孔道；在軍事上是屏障太原的最後一道防線，可稱之為戰略咽喉要地。忻口的安危直接關系到太原的安危，故此一場鏖戰已經在所難免了。
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