南口是京绥路东段的门户。南口失，阎锡山一面震惊，一面抱怨他人，曾作一首《守南口》的诗：“中枢决策守南口，张垣当局不同情。原谋不战全斯土，致使张垣等空城。”
南口战役在抗战初期虽不像后来的淞沪、忻口、台儿庄等战役驰名，但对于晋绥抗战影响至大。作为第二战区司令长官的阎锡山，对于南口在军事上的重要地位不能说认识不够。他虽出兵南口，但是，主要想依赖蒋介石中央军阻敌，不愿在战争伊始倾其主力而动，以免过早地消耗其实力。如果南口不保，可利用他所构筑的雁绥防御工事阻敌。阎锡山曾作诗曰：“攻当三路齐向燕，守则二区撤雁绥。攻守两皆失依据，政略常将战略移。” 这里，阎锡山所谓的“政略”的涵义是什么，我们不得而知。但由此我们可以看出阎锡山当时防守的重点并非南口。当日军很快突破他苦心经营的晋省防线侵入山西腹地时，阎锡山才认识到：“南口之役失权衡，准备毫无守何成。八师精兵损半数，致使雁绥枉经营。” 但是，为时晚矣。
南口、张家口的失守，使察南丧失屏障，无险可据。傅作义遂令在怀来的前敌总指挥汤恩伯指挥南口前线各部，向山西雁北地区转进。而蒋介石则径令汤恩伯第13军、刘汝明第68军（由第143师扩建），退往平汉线。
阎锡山向蒋介石力争，欲将南口前线各部队留在第二战区。可是，汤恩伯仍按蒋介石的命令率第13军，经小龙门向平汉线退去。只留下所谓“准中央军”高桂滋第17军。
一、整军抗战（13）
在此情况下，阎锡山只好命晋绥军马延守独立第7旅向大同转进，归第35军序列；高桂滋第17军，向晋东北的灵丘转进，归入在浑源、灵丘地区的杨爱源第6集团军序列；晋绥军陈长捷第72师向晋北应县转进。日军迅速占领察哈尔全省，战事开始进入山西境地。
部署“大同会战”
南口、张家口失守，日军乘势突破察省平绥路各据点后，兵分两路，向晋绥深入：关东军察哈尔派遣兵团约4个旅团偕伪蒙军9个骑兵师，从张家口沿平绥路西进；板垣征四郎第5师团，从怀来向蔚县进攻，刀锋直指天镇、阳高，叩晋北的门户大同，并出动飞机轰炸大同、太原，山西形势顿趋紧张。
阎锡山判断日军将沿平绥路西进，必攻大同，一面电令傅作义率第35军主力经张家口，西返大同，并令该军之第211旅第421团（团长刘景新）在孔家庄车站下车，配合第61军之独立第200旅向万全城南山地对敌进行阻击，掩护主力安全西撤；一面电令李服膺第61军由柴沟堡等处后撤，于天镇、盘山、阳高占领既设阵地，拒止日军西犯，以掩护二战区主力军第35军、第19军、骑兵第1军等部在大同地区集结，准备与日军决战，御敌于晋省之外，以保疆圉。在阎看来，用自己的部队，胜则固无论矣，败则再请中央军各路大军固守雁门不迟。
8月28日，阎锡山乘坐用汽车改装的铁甲车离开太原，赴原平，然后改乘汽车到代县雁门关东太和岭口，亲自督战，并作诗一首：“张垣失守雁绥危，无何岭口把节移。兵不主动难为策，千里布防更欠宜。” 随同阎的高级官员有赵戴文、朱绶光、张培梅、王靖国、续范亭等，并由郭宗汾兼行营参谋团主任。
太和岭口是一个村庄，一半在河槽的东面，一半在河槽西面。阎住在河东，随行人员住在河西。在这里，阎锡山一面发表文告，鼓舞士气；一面调兵遣将，指挥作战。抵达岭口的次日（30日），阎锡山即发表《告第二战区前敌将士书》。全文如下：
此次战争，是国家民族存亡关头，非胜不可。应将各人生死利害，置之度外，方能致胜，方能救国，这是大家平日所服膺所深知的。锡山责任所在，杀身卫国，早具决心，不能令诸君独死，此其一。
牺牲才能奋斗，奋斗才有胜利。此次战争，系民族革命战争，系争取国家民族之存在，尤非有强度之牺牲不可。锡山定本牺牲救国之决心，领导大家，一致努力，一致牺牲，希望大家认清此次战争之意义，激励士气，鼓勇死拼，以期死里求生。其能奋不顾身杀敌致果者，定当呈之中央，宣布全国，永注勋典。彼胆小懦怯畏缩不前者，当必为我将士所不取，实亦国法所不容也！此其二。
民众为国家主人翁。武力与民众结合者必胜，否则必败。各将士除提高士气奋勇杀敌外，尤应到处唤起民众，与民众结合起来。如此，我到处都是家人父子，敌到处必然四面楚歌，草木皆兵！此其三。
以上三事，诚为救国要务。我同志将士，务须深体此意，自爱爱国。有认识，然后有决心。有决心，然后有办法。有办法，然后能成功。认识就是彻底了解，战败则为亡国奴，绑而杀之，捆而杀之，任人宰割，彼时虽欲打敌人一枪一弹而再就死，不可得也。决心就是破釜沉舟，拼个你死我活，一发而不可当。办法就是时时自己振作，时时振作士气，有勇知方，虚实互用，以求我最后之胜利，最后之成功。古人云：“哀军必胜”。今日敌人向我全国军民施行无理之压迫，岂独是哀军，而且是哀民！故最后胜利，必属于我；愿我全体将士共勉之！ 电子书 分享网站
一、整军抗战（14）
9月2日，阎锡山又发表《抗敌公约》，云：
此次对日作战，关系国家民族存亡，均应以民族英雄自负，抱定牺牲之决心，沉心静气，运用巧妙的战术与精锐的火器，聚精会神，杀死多数敌人，以保我国家民族之存在。我晋绥军人本早具决心，本主任（阎自称，因阎任太原绥靖主任——引者注）决与我十余万之官长士兵作共同之牺牲，求最后之胜利。今与我全军约：有贪生怕死，不能发挥战术与兵器之效能者，我全军应共弃之，不尽责任致误戎机者，我全军应共除之。如本主任犯此公约，全军亦应共杀之，此约。
在军事部署上，阎锡山根据其日军必沿平绥线西攻大同的判断，认为敌我双方可能于雁门山以北摆开战场，因而拟定了一个“大同会战”计划。
大同又称平城、云州、西京和凤凰城，雄踞于雁北大同盆地的西北部，北有外长城作屏障，西南依管涔山为依托，东南凭恒山为支撑，与平型关遥相呼应，足以控制桑干河域，而且又是平绥、同蒲两铁路的交汇点，扼晋、察、绥交通要冲，自古就是军事重镇，晋北的门户。如果大同及周边地区为我所控制，北出外长城，可制西进之日军左侧背；反之，如果大同为敌所占，则可沿同蒲路南下，直扑太原。
阎锡山的“大同会战”计划是基于如下考虑而提出的。他认为，日军进犯晋北有两种可能：一是“以一部兵力由蔚县向广灵行佯攻，以主力沿平绥路西进夺取大同，以图切断我晋绥之联络线。”二是“以一部兵力向天镇行牵制攻击，以主力向广灵进攻，企图截断我雁门后路”。因此，阎锡山确定了机动的作战方针，即“以主力配置于天镇、阳高、广灵、灵丘、平型关各地区，以一部控制于大同、浑源、应县附近以策应各方之战斗，相机转移攻势”，以达到利用山地歼灭敌人之目的。
为了达到上述目的，阎锡山设想了几个战略步骤：
一、在灵丘、广灵、东井集、天镇各地区附近，配备强有力之部队，以阻绝其前进，以一部配备于大同附近，以大部控置于浑源、应县附近，以策应各方之战斗。
二、如敌以主力进攻广灵时，该处守兵应固守待援，以总预备队主力应援该方面之战斗，此时东井集之部队应向广灵敌之侧背威胁，以使该方面之战斗容易成功。
三、如敌以主力进攻天镇时，我天镇守军拼死待援，以大同附近之总预备队相机向天镇附近推进，以浑源附近兵力渡桑干河，向天镇右翼实行侧面反击，以图牵制敌人，俟其顿挫，由天镇两翼夹击之。
四、骑兵军以主力位置［于］商都、尚义、化德等处，相机威胁敌之侧背，以一部守备大庙、百灵庙各据点。
五、第18集团军到达后，应进出灵丘、蔚县附近，威胁敌之侧背，以使进攻之敌不敢孤军深入，在敌我决战时期，该军应向敌侧背实行猛扑，以期我军确获战捷。
据此，阎锡山将此计划上报蒋介石，得到了蒋介石的批准与鼓励。蒋介石还答应速将刘茂恩第15军派往山西，列入第二战区序列，作为拉走汤恩伯3个师的补偿。于是，他立即分兵派将，部署军队，其具体作战方案如下：
以李服膺第61军及其所辖李俊功第101师、刘谭馥200旅，共7个团，附属一个山炮营，在山西东北边界的西湾堡、天镇、阳高等地，占领既设工事，拒止敌军西进，掩护大同东面的聚乐堡主阵地带，并沿平绥铁路节节抗击，诱敌至大同外围，之后北移于镇边堡加入北兵团序列。
一、整军抗战（15）
以王靖国第19军及其所辖田树海、杜堃、段树华3个旅，共9个团，附属山炮团、野炮营又一个重炮连，占领大同东面30里的聚乐堡主阵地，吸引敌于熊耳山和外长城线间的南洋河盆地。
以杨澄源第34军及刘茂恩第15军为南兵团，以杨爱源为指挥，集结于浑源、东井集间；以傅作义第35军（3个旅共计9个团的兵力）及绥远的两个骑兵旅、附一个山炮团、一个野炮营为北兵团，以傅作义为指挥，集结于丰镇、得胜口等地待机。俟敌被诱至聚乐堡主阵地时，南北两军立即发动箝击，合击敌于该地区。
陈长捷第72师和新编独立第4旅于镇河部，编为预备兵团，由阎锡山直接掌握。
此外，以骑兵集团军赵承绶、门炳岳部设防于绥东的兴和东北地区；刘奉滨第73师布置在广灵以北的火烧岭——洗马沟一线，担任警戒。孟宪吉独立第8旅设防于雁门关上；章拯宇独立第3旅部署在五台、龙泉关间。
阎锡山对自己的作战部署很自信，认为万无一失。
然而，战争的发展是出其预料的。日本关东军察哈尔派遣兵团，除在伪蒙军的配合下，继续沿平绥路西进，其先头部队独立混成第15旅团推进至柴沟堡，直指天镇外，又兵分三路向南向西挺进：一部由张家口趋兴和，以图集宁；一部自怀安逼阳原，进攻浑源；一部从怀来扑蔚县，直插广灵。三路大军分进合击，对大同乃至晋北形成了包围之势。
天镇是雁北东部的门户、大同的前哨，自然是日军进攻的首要目标。
阎锡山为部署“大同会战”，电令李服膺率部固守天镇以东盘山迄北山之线和天镇城3天以上。
李服膺奉命后，一面亲莅部队讲话，印发告全军官兵书，进行战前动员；一面进行紧急部署。由于对敌情、任务估计不够充分，仓促中作出一线式消极防御部署：以独立200旅之400团占据盘山制高点，固守尚未竣工的国防工事阵地；以第101师占领盘山以北罗家山、李家寨、铁路西侧迄北山瓦窑口之线阵地；独立200旅之第399团驻守天镇城防工事。由李俊功率第201旅及401团驻于天镇城内，负责指挥全线作战。李服膺本人率军司令部，坐镇阳高城内，统一指挥作战。
9月2日，日关东军右路主力混成第15旅团于晚间乘火车抵达天镇县东陲永嘉堡，左路主力混成第2旅团沿怀安——天镇大道进至天镇县境的史家窑一带。至此，日军已入山西境内。
9月3日，日军混成第15旅团先锋部队1500余人，携野跑20多门，向晋绥军第213旅425团（团长李在溪）驻守的砖窑村前沿阵地进攻。守军与敌血战竟日，伤亡500余名，毙伤日军300余人，始终控制着阵地。
次日，日军左右两路联合，向天镇发动大规模的进攻，地空配合，集中兵力猛攻李家寨、罗家山一线主阵地。这次，日军进攻的战术有所改变，并不用步炮协同的战术冲锋，而是先以步兵涌至我阵地前沿，猛烈射击，诱我守军全部进入阵地后，先以飞机低空轰炸和扫射，继之以炮火猛烈轰击，如是轮番数次，守军构筑的工事被夷为平地。然守军依然奋力抵抗，虽伤亡数百，但主阵地仍掌握在我手中。
9月5日，日军出动飞机30架，坦克、装甲车50余辆，步、骑兵3000余人，猛扑天镇主阵地——盘山。
盘山，位于天镇东南约8华里，山峰高俊险要，既可俯瞰平绥铁路，又能屏障天镇城。守军奋勇抵抗，激战终夜，冲锋4次，与敌肉搏，战况至为激烈。李服膺在阳高城内坐卧不安，急率幕僚人员与直属骑兵连进驻天镇城西村庄，指挥作战。 电子书 分享网站
一、整军抗战（16）
阎锡山为防止日军迂回西进大同，急忙调第19军在丰稔山、聚乐堡一带紧急布防，声援天镇。同时，他致电蒋介石：“此次决战无论胜败，敌我双方均应是极大损失。钧座对积极方面，收复察、平，或增兵固守晋绥，俟敌再度来攻；或消极固守山西，均应早有打算”。蒋介石次日回电道：“敌攻大同时，当由平汉、津浦两方面令卫（立煌）部同时反攻策应，以收复平津及察省也”。
9月6日，日军再攻盘山、周家山，除空军轮番轰炸外，竟施放毒气弹。守军与敌拼死鏖战，多数殉国，仍坚守阵地。日军于是改变战术，乘夜间猛攻据守盘山制高点的第400团，先以密集的优势火力猛轰，继之以步兵猛冲到我阵前，双方展开肉搏血战。激战中第400团营长高保庸牺牲，全团官兵伤亡达500余人，损失惨重。终因寡不敌众，弹尽粮绝，团长李生润请求增援，但师、旅部均无兵可派，盘山阵地于次日遂告失守，日军兵临天镇城下。李服膺率残部退往王千户岭，天镇城仅留第399团固守。
9月8日，日军开始攻城。骄横的日军先派10多人的小队，列队到东城门而来，被我派到城外的活动小组全歼。敌乃改变战法，先以大炮猛轰城墙，把城墙轰得乱七八糟，然后步兵在装甲车和机枪的掩护下冲锋，一连数次攻击，均被守军击退。日军于是一面派飞机轰炸、投烧夷弹和毒瓦斯弹、扫射城墙，继续攻击；一面以1个联队兵力偕坦克10辆绕过天镇，奔袭阳高、大同。
阳高，位于天镇西南，城墙破烂不堪，低处仅丈余高，根本无险可据。奉命守城的为第61军第200旅第414团600余人。
日军先以飞机低空侦察、轰炸、扫射，然后集中炮火猛轰城墙薄弱部，步兵在战车掩护下猛攻城垣。一时烟尘滚滚，炮声隆隆。我守军伤亡甚重，敌乃突破城墙。团长白汝庸亲自督战向敌反击，但未能挽回颓势。日军突入城内，于是双方展开巷战。我守军伤亡过半，遂于夜晚突围出城。阳高于9月10日失陷。
阳高失守，天镇后路被截，李服膺乃下令弃守天镇，全军撤退，并将平绥路各桥梁一律炸毁。第399团奉命于夜间有秩序地撤出天镇城。11日，日军占领天镇。
至此，大同丧失屏障，日军乘此间向大同附近集结兵力。
正值大同告急之时，广灵方面战火又起。日华北方面军第5师团在占领察南要地阳原、蔚县后，兵分两路向晋察交界的广灵进攻：一路以师团主力第9旅团及山炮兵联队等，从蔚县攻击广灵附近的阵地；一路以步兵第21旅团及野炮兵联队，从阳原附近迂回到中国守军的左侧背，配合主力作战。
广灵地处晋察两省的交通要道，由刘奉滨第73师驻防，与天镇互为策应，并协同从南口撤退于此的汤恩伯部取守势防御。但是，蒋介石又电令汤恩伯第4、第89�