汤恩伯第4、第89师速开平汉线顺德，整理补充，第84师开广灵，第21师开蔚县，第94师开涞源布防。阎锡山得知后，急电蒋介石：“汤军两师南调，三师撤防，非特第二战区陷于危殆，即第一战区影响亦大，请钧座迅赐电令阻止”。蒋乃电令汤加以阻止。
为了加强该地区的防御力量，阎锡山还电呈蒋介石派兵固守涞源，电云：“涞源地形有天然要塞之形势，尤为第一、二两战区之枢纽，此地一失，一、二两战区后路均受威胁。十八集团军集中为期尚早，请迅在涞源派得力部队两三师固守，以易县、涞源之师防其东去，广灵、灵丘之兵堵其西来。此部署如成，并可相机歼敌”。
一、整军抗战（17）
汤恩伯奉命指挥第17军及第73师，在广灵一带布防，以阻止日军西侵入晋。具体部署是：李仙洲第21师一部约1个步兵团，于暖泉镇附近担任警戒，主力控置于广灵西北之南村一带，构筑预备阵地；刘奉滨第73师在伊家店、马山之线占领阵地；高桂滋第84师在马山至火烧岭一线占领阵地。
9月12日，蔚县日军2000余人附炮10余门，冒雨击退暖泉镇警戒部队。次日拂晓，又出动步兵1000余人，在10余门炮和6架飞机支援下，向广灵正面安头山、洗马庄一带第73师阵地猛攻，激战至中午，守军第423团团长吕超然阵亡，阵地被敌突破。同日，日军步兵第41联队向广灵阵地左侧翼伊家店迂回，企图切断中国守队后路。阎锡山即令汤恩伯指挥所部，相机夹击该敌。
同日（12日），由原阳南下之日军第21旅团进攻广灵西北火烧岭，与守军交战，经7个小时的激战，攻占火烧岭东北大白山阵地。阵地守军在火烧岭守军的配合下，将阵地收复。13日，敌2000余人，步炮联合，向刘家沟阵地迂回。李仙洲即以第63旅（欠第124团）在望狐村至乱岭关以北占领阵地；第61旅增援刘家沟；亲率第124团进驻赵家坪督战。高桂滋也率预备队抵小关村附近，向敌攻击。但因洗马庄阵地被敌突破，高桂滋部（第84师）向贺家窑附近、周图寺及其东侧高地转移。李仙洲部（第21师）向鳌峪山（不含）、上白羊、石人山、岔口之线阵地转移。
9月14日拂晓，日军攻陷广灵。次日，日军2000余人，在炮火掩护下，由广灵向第73师松树山阵地攻击，冲锋10余次将阵地攻占。刘奉滨急抽兵力，进行反击，夺回阵地。日军乃集中火力向侧翼阵地攻击。激战中，刘奉滨负伤，守军伤亡过半。阎锡山鉴于该师损失甚重，遂令其向义泉岭附近一带高地转移。而此时刘茂恩第15军尚未到达浑源，浑源北东井集仅有第34军的梁鉴堂一个旅。因此，阎锡山感到惶惑不安，拟转移主作战方向于浑源方面。
与此同时，日军察哈尔兵团由天镇、阳高长驱直入。但在聚乐堡前方，遭到段树华第209旅的积极抵抗，激战两昼夜。王靖国一面向阎锡山告急，请陈长捷的预备军应援，一面让集结丰镇的第35军南移大同支援。阎锡山“大同会战”的基础，已开始动摇。
9月11日，日军突破聚乐堡附近阵地，机械化部队直驱大同城外，伺机攻城。而此时配合大同防守的刘茂恩第15军仍未到达大同布防，城内兵力薄弱，防守空虚。驻军见大同难以坚守，便于当晚（11日）炸毁御河铁桥，弃城南撤广武、雁门关一线。
这时，阎锡山的“大同会战”计划已无实现的可能，当王靖国向他建议“大同无死守的价值”时，便下令弃守大同，将王靖国、傅作义、李服膺等部撤至内长城一线，准备同日军在平型关方面会战。这样，日军在未受任何抵抗的情况下，于9月13日占领晋北重镇——大同。阎锡山的“大同会战”计划自然成为泡影，正如其诗中所云：“大同撤兵制机先，敌入雁门师难全。勾注阵线五百里，处处薄弱敢辞愆。”
蒋介石获悉后，急电警示阎锡山：“集中兵力于一点，与敌决战，是失我所长，而补敌短，此非不得已，切勿轻用。弟意晋绥阵地（当）取积极防御为主也。”
对于大同弃守的检讨，阎锡山事后也承认是“战略上的自动放弃”。从天镇战斗的枪声到大同的沦陷，仅仅10天时间，日军便突破他苦心经营的晋省北面第一道防线，致使晋北门户洞开。这一结局避开中日双方军事实力等基础因素，单从军事战略角度来看，阎锡山败在了他士官学校的同窗板垣征四郎手下。如前所述，阎锡山曾预测日军进攻山西，或以主力沿平绥路西进，夺取大同，切断晋绥联系，或以主力攻广灵，截断我军后路雁门关，所以决定利用山地及既设国防工事，诱敌至大同外围后加以南北合击。可万万没料到板垣却选择了他认为是最安全的地带：从蔚县——广灵——平型关。 txt小说上传分享
一、整军抗战（18）
板垣之所以选择这个突击方向，无论在地理上还是中国军队的防御上都是极为有利的。从地理上看，平汉路西侧是太行山山脉，同蒲路东侧是恒山山脉，两山夹谷中纵贯一条从平绥铁路伸出，经察省蔚县至晋省代县的大道蔚代公路。而且这一狭长地带，地形复杂，在军事地理上是静态战役走廊，为兵家之大忌。从国民党第一、第二战区防御部署上看，恰恰忽视了这一地带，形成了一个200公里的大空隙。蔚代公路以东是太行山北端，与平汉路相接，是第一战区涿州防线的左侧后；蔚代公路以西是恒山北端，是第二战区大同防线的右侧后。两个战区各自为阵，互不衔接，将涿州、大同两点之间的中央地带敞开，既不控制蔚代公路，又不在太行山北端屯兵，从而形成涿州——大同防线的中央裂缝。板垣正是看准了这个空隙，决计沿蔚代公路，突破察晋边界，打了阎锡山一个措手不及。
阎锡山之所以疏于防守，不是他不知道这一带的重要，而是认为日军人地生疏，绝不敢冒险通过这个走廊的。可他忘了面临的对手板垣对这一带的地形并不生疏，而且可以说了如指掌。当日军陷广灵、灵丘，直逼平型关时，阎锡山才十分后悔地回忆起一件事来：1936年夏天，他留日时士官学校的同窗板垣，作为日本关东军的特使，前来山西拜访他。板垣拒绝阎氏迎接，不乘飞机或汽车，而是特地从察哈尔蔚县沿蔚代公路徒步“旅行”，对周围的地形已作了一一勘察。当时阎对板垣的举动并不在意，如今，当板垣率兵沿此线突入山西时，他才恍然大悟，但是，悔之晚矣。
“大同会战”计划破产，日军长驱入晋，影响了整个华北战局，全国舆论哗然。为了掩人耳目，阎锡山将责任推到天镇弃城南撤的李服膺身上。阎说“大同会战”计划的落空，主要是由于第61军在天镇、阳高作战不力所致，因而下令把军长李服膺扣押在岭口行营。并派军械处长刘树勋去第400团扣捕团长李生润（第200旅旅长刘谭馥主使李逃跑。阎锡山得知后，马上通令全军，逮捕李归案，可是未能抓到。李生润后来投靠胡宗南，历任要职）。
李服膺属晋军将领中的“五台派”，是阎锡山一手提拔起来的，自以为“为人忠诚不欺”，“没有做对不起长官（指阎锡山——引者注）和部下的事”，也知晓弃城不对，但相信阎锡山不会将他如之奈何。出乎意料的是，阎锡山以召开军长会议的名义，将李服膺扣捕关押，不久押回太原。阎亲自对李面训，说：我将你从排长提拔到军长，不想你指挥失误，以一个军的兵力，竟固守不住本战区的门户盘山坚固阵地和天镇城防永久工事，让敌军很快长驱直入……如此影响战局，罪责实难宽恕。 话毕，不容李置答一词，也未经正式军法审判，就令左右于10月4日将李服膺处决了。
李服膺率部驻守天镇、阳高，当时，阎锡山曾命令：“在原线坚守3日，拒敌西进。”后来又电令：“续守3天，掩护大同会战。” 从9月3日天镇战斗打响到11日天镇失守，李服膺完成了阻敌任务，是不容否认的。但是，撤退之后，李服膺未按原计划率部北移，反而南下逃至桑干河以南，这一溃退使山西防线出现重大缺口，危及全线。那么，仅凭这一点是否应置李服膺于死地？关于此点，直到今天仍有不同看法。
一、整军抗战（19）
阎锡山处决李服膺的主要原因，有许多说法，但与其说是为了推卸自己丢失大同的责任，不如说是杀一儆百，振奋二战区前线官兵的士气，以保卫其赖以存在的地盘。从李服膺南退之错看，罪不当诛，但从战略全局上看，从军人守土抗战的天职上看，阎锡山处决李服膺，也无可非议。这一点恐怕与时隔百日后（1938年1月24日）蒋介石枪毙韩复榘有相似之处。
退守内长城
雁北战事失利，阎锡山及时调整部署，将战区主力全面南撤。其撤兵情况如下：杨澄源第34军由东井集撤至应县下社、茹越口，收容李服膺部的第101师、第200旅等残部（李服膺第61军番号撤销），归入该军；而把原属该军的郭宗汾第71师和续儒林新编第11旅编为第2预备军，由郭宗汾任军长，置于繁峙城附近。王靖国第19军由大同、聚乐堡撤至雁门关，加入方克猷独立第2旅，守备雁门山。傅作义第35军由绥东丰镇撤至阳方口、宁武。骑兵赵承绶军退至朔县、神池方面，警戒雁门、宁武西翼。原由陈长捷第72师及于镇河新编独立第4旅，分别经雁门关、虎峪口撤至雁门山南的代县，予以新的第61军番号，由陈长捷任军长。
此时，日军第5师团陷广灵后，续向灵丘、浑源进攻，正同第73师等部激战。为防日军攻占平型关，切断雁门关的后路，阎锡山急调雁门关附近的孟宪吉独立第8旅驰赴平型关，增援第73师；另调第6集团军副总司令孙楚至大营，指挥高桂滋第17军、第73师以及第33军的独立第3、第8两个旅，在平型关南北的既设阵地阻敌。
与此同时，日军也积极部署新的作战方案，决定采用两路分进合击的“钳形”迂回战术，即以第5师团约万余兵力为主攻，以察哈尔兵团亦约万余人为助攻。主攻方向的作战任务是，首先攻占平型关，抢夺南下通路——滹沱河河谷，继而以迂回战术，直扑忻县，夺取恒山之战略中枢，图将该地区中国军队聚而歼之，然后乘胜南下直取太原。
恒山山脉处于晋、察、绥3省交界地带，横亘于晋北中部，山势雄伟，诸峰矗立，有平型关、雁门关等要隘，内长城蜿蜒其上，形成一道天然屏障。它的正面——雁门山，纵深达30公里，岗峦叠嶂，山势陡峻，易守难攻，是著名的古战场。而它的东侧却是宽10至30公里的滹沱河河谷，卧在恒山脚下。在军事地理上这条川道是恒山山脉的战役走廊。这条走廊握于我手，不但保障了恒山守军的战役机动，而且结成了连接五台山的纽带，加强了战略主动地位。反之，如果丧失了这条走廊，恒山山脉东麓（中、南段）的宽大正面则暴露无余，那么，驻守该地区的各军将陷于被禁锢的地位。由此可见，恒山既是晋北的第二道天然屏障，又是第二战区的战略支点或战略中枢地带。
正因恒山有如此之重要地位，阎锡山在长期军阀混战中依托恒山山脉，建有“永备”火力点和野战工事，构成一道比较坚固的内长城防线。在晋北一线失利的情况下，退守此防线，可以利用有利的地形和既设工事，有效地阻击日军的进攻，以确保太原及山西腹地。
9月15日，汤恩伯奉命调往第一战区，阎锡山即令第6集团军副总司令孙楚接替广灵方面作战；并令傅作义将第35军防务交由独立第7旅附新编第3团接替，该军作为预备队集结于阳明堡附近待命。同时，针对日军两路分进的战术，阎锡山又调整部署，将内长城防线分为左右两个地区：以杨爱源为右地区总司令，孙楚为副总司令，辖第33军、第17军；傅作义为左地区总司令，辖第61军、第34军、第35军、第19军；以第71师及第72师为预备军。txt电子书分享平台
一、整军抗战（20）
9月中旬末，阎锡山在岭口召开军长以上人员参加的军事会议，研讨作战方案。会上，他根据1927年参加北伐时与奉军大战于灵丘、繁峙间的战例，提出了把日军放进平型关以内进行围歼的计划。即以逐次抵抗的方式，诱敌深入到砂河以西地区，然后从恒山、五台山两方面发动钳击，并截断平型关要隘，会歼日军于滹沱河上游砂河——大营间的盆地里。阎锡山称之为“口袋阵”，要“把敌人放进口袋里，给以狠狠的打击！”其具体部署为：
平型关方面：以孙楚第33军两个旅（独立第3、第8旅）及从广灵退守的第73师，在关正面排列阻击；高桂滋第17军在关北侧的团城口一线占领阵地。其任务是先依险要地势阻击，予敌以伤杀，然后主动向南经大营、砂河移至五台山，作为南机动兵团，待机出击。总指挥为孙楚，指挥所设于大营。以上兵力计3个师又2个旅。
茹越口方面：以杨澄源第34军第101师和梁鉴堂第203旅，分守北楼口、大小石口、茹越口间的已设阵地，重点防守繁峙北的茹越口。并从太原调姜玉贞第196旅至繁峙以北地区，归入第34军序列。第2预备军置于繁峙待机。以上兵力计2个师又3个旅。
刘茂恩第15军设防于恒山外侧。
雁门关方面：以王靖国第19军（3个旅），东连第34军，扼守五斗山、马兰口、虎峪口、水岭口至阳方口间的阵地，重点防守代县与雁门关间。该军所属的陈长捷第72师和于镇河新编独立第4旅编为第1预备军，置雁门关南代县。以上兵力计1个师又4个旅。
阳方口方面：由傅作义第35军（两旅两团），配属第61军之马延守独立第7旅负责。第35军于宁武集结后，向代县东进，适时进出于繁峙以北的恒山方面，与刘茂恩军组成北机动兵团，由傅作义指挥，从繁峙北翼展开，俟敌胶着于繁峙主阵地时，围而歼之。
赵承绶骑兵第1军（两个师）在神池、朔县，担任侧翼警戒。
以上总兵力约六七万人， 欲与日军在砂河及繁峙城间进行决战。阎锡山对此计划颇为满意，自诩为：“布好口袋阵，让敌人进得来，出不去。” 因此，他信心倍增，亲自召集有关将领到岭口行营，面授机宜，并率众将领至繁峙、砂河间的主阵地带，进行周密的实地勘察，以便选定极扼要地形，构成最坚固的“口袋式”纵深阵地网。这还不放心，又派高参前往平型关、团城口、恒山各方，向孙楚、刘茂恩、高桂滋等传达指示。
正当阎锡山谋兵布阵，调兵遣将，尚未部署完毕之际，日军两路大军已气势汹汹杀将而来，一场激战由此展开。
日军继陷广灵后，于9月17日占领浑源，20日，攻占灵丘。21日，板垣即命步兵第21旅团长三浦敏事指挥第42联队第2大队（缺2个中队）、第11联队第1大队、第21联队第3大队，附1个野炮兵大队，约4个大队的兵力，沿灵丘——大营镇大道，直扑平型关；又命令步兵第21联队长粟饭原秀率该队（缺第3大队）从浑源出发，企图攻击平型关右侧后。
平型关，位于灵丘县西南，为内长城南端重要关隘，两山夹谷中纵贯一条大道——蔚代公路，公路两侧地形复杂，峰峦叠起，陡峭险峻，地势极为险要，又是控制冀、察入晋之交通要道，也是日军由灵丘进攻雁门关侧背的必经之路。
为阻止日军，迄9月21日，第73师奉命占领平型关南之马跑泉经平型