1937年10月初，平型关，雁门关相继沦陷；山西战局危殆。
为挽救战局，国民政府军事委员会命令，原布署平汉线的国民党中央军四个半师调防忻口。
第2战区司令阎锡山，遂下定决心集中晋军主力，于忻口一带与日军决战。
1937年10月2日，卫立煌奉命率第14集团军所部第9，14军，由石家庄经正太路抵太原，以增援忻口。
同时由平型关，雁门关撤退的第15军，第17军，第33军，第34军，第35军及第61军也开赴忻口
为忻口布防争取时间，阎锡山急令晋军第19军王靖国旅10个团坚守崞县，晋军第34军抽调姜玉贞第196旅守卫原平。
出乎中日双方意外的是，晋军的这两个杂牌旅，首战便打出了晋军的威风。特别是原平保卫战，姜玉贞旅更是名扬天下。
日军参谋本部早于10月1日，即下令向太原进犯。
10月2日，日军精锐第5师团主力，关东军察哈尔兵团混成第2旅团和混成第15旅团及若干支队，由代县南下，进攻崞县，原平。
惨烈的忻口会战正式拉开帷幕。
10月2日，日本关东军混成第2旅团和混成第15旅团由代县南下，猛攻崞县，原平。
10月5日，日本关东军混成第2旅团在飞机，大炮和坦克掩护下，向崞县发起猛攻。
国军官兵浴血战斗。但在敌强大火力下，阵地全部被摧毁。
7日，日军突入北城，城墙后国军官兵奋勇反击，与日兵展开肉搏战。
入夜，国军继续苦战，但是日军援军赶到，局势已无法挽回。为避免全旅覆没，王靖国率残部突围；崞县陷落。
10月2日，日军第十五混成旅团向原平外围猛攻。姜玉贞将军亲临前线指挥。
国军官兵接连打败日军五六次进攻。双方多次在原平南门外的汽车站展开反复争夺；到后来，汽车站再次失陷，国军伤亡重大，已无力反击。
姜玉贞立即从各团中抽出精兵组成敢死队，姜玉贞亲自冲杀在最前面，再次将汽车站夺回。
10月5日，日军增调援兵，并调来大量重炮。
为保存实力，姜玉贞命守城官兵撤入城内，固守城垣。
10月7日，日军集中万余人及大量飞机，坦克，重炮发起总攻。
为尽快破城，日军竟丧心病狂，释放千余枚毒气弹，致使中国军队损失惨重。
姜旅拼死抵抗，屡次击退日军进攻。
血战至11日下午，姜玉贞第196旅仅剩五百余人，但还死守原平东北角，与日寇展开肉搏巷战两个多小时。
战斗中，姜玉贞将军被炮弹击中负伤，仍坚持与日兵肉搏，终因体力不支壮烈殉国。
姜玉贞将军头颅被日兵残忍割走，至今下落不明。
姜玉贞将军牺牲时，年仅43岁。
原平保卫战姜玉贞第196旅除两百余伤兵提前转运出城外；其余五千官兵全部壮烈殉国。
此战姜旅共毙伤日军千余人。但牢牢牵制日军十天，为忻口会战赢得了时间！为中国赢得了时间！
战后第196旅被国民政府授予荣誉称号，姜玉贞将军被追认为烈士。
原平陷落后，10月11日当天，日军即进攻云中河北岸的下王与忻口前进阵地孔繁瀛第161旅。
忻口位于同蒲铁路要点忻县之北，右靠五台山脉；左依宁武山脉，是太原的北大门。
忻口丢失，将直接危及太原。
忻口战役由国军第2战区前敌总司令，第14集团军总司令卫立煌指挥，参谋长郭寄峤。指挥部就设在金山铺。
第7集团军总司令兼第35军军长傅作义为预备军总指挥，指挥部也设在金山铺。
国军先后总共投入99个团，10个炮兵团（山炮，步兵炮，迫击炮，战防炮），加上敌后配合的八路军，总兵力13万余人。
中国空军4个中队二三十架飞机（多是老旧飞机）配合作战。
但步兵不少是平型关，雁门关战斗后的残兵；而且多以晋军杂牌部队为主。尤其是严重缺乏重炮、空中支援及反坦克武器。
卫立煌决定将忻口国军分为左，中，右三个兵团。具体部署如下：
1.右翼兵团：刘茂恩指挥第15军，第17军，第33军等部。负责东起龙王堂，西至界河铺，重点防御南郭下，东西荣华，东西南贾。
2.中央兵团：郝梦龄指挥第9军，第13军1个团，第19军，第33军5个团，第35军，第38军，第61军等部。负责东起界河铺，西至新练家庄。重点防御界河铺，关子，南怀化等地。
3.左翼兵团：李默庵指挥第14军及第66师，第71师，第85师等部。负责东起新练家庄，西至南峪，重点防御大白水，朦腾，南峪等要地。
4.预备队：高桂滋第17军残部，晋军第34军第203旅残部，并配10个炮兵团（山炮，步兵炮，迫击炮，战防炮），却没有重炮。
而日军方面，关东军察哈尔派遣兵团4个半旅团统一划归日军精锐第5师团长板垣征四郎指挥。
日军共3个师团，7万余人；火炮250门（近半数为大口径重炮）。
资料显示：日军有战车150辆，飞机两百余架。
绝对的火炮、机械化部队及空中优势，左右了整个会战。
1937年10月13日，日军主力发起全线进攻。
其一部对国军忻口防线实行中央突破，国民党中央军第54师驻防南怀化阵地遭到猛攻。
激战9小时后，该师阵地被彻底击毁，部队伤亡惨重，阵地被突破。
卫立煌急调国民党中央军第10，第21，第72师各一部迅速发起反攻，血战一昼夜，终于夺回南怀化阵地；并包围歼灭日军进攻部队。
10月14日，日军增兵三千余人，再次猛攻南怀化，并同时向国军防线左右两翼作牵制性攻击。
当天，南怀化阵地又告失陷。第21师长李仙洲，第35军第218旅长董其武等相继受伤。
双方在南怀化东北高地，展开拉锯战。
第二战区前敌总指挥卫立煌决定于入夜后对忻口正面之敌发起反击，以期将渡过云中河之日军肃清。
10月15日，第35军第218旅进驻下王庄，弓家庄一线，与第161旅协同向南怀化敌侧背发起反击
其中位于云中桥的第218旅渡河偷袭日军位于旧河北村的阵地。
正当第218旅作渡河准备时，日军先行渡河攻击第54师161旅下王庄阵地。
第218旅为保下王庄不失，主动增援友军，并三次挫败了日军的进攻。
在击退日军的第三次进攻之后，第218旅于16日凌晨3时渡过河北，以奇袭的方式相继攻克旧河北村外围的弓家庄、东泥河两处日军阵地。
同时中央地区国军部队也发起总攻。
刚开始进攻顺利，接连攻克多个据点。
但10月16日（第二天），日军迅速发起反攻；并全力突破第9军阵地。
在激战中，中央兵团总司令兼第9军长郝梦龄中将，第54师长刘家麒中将，独立第5旅长郑廷珍少将相继壮烈殉国，反攻一度中断。
中央兵团战况渐趋胶着。
左翼兵团方面，10月12日，日军由永兴村南下攻占阎庄。
13日，在飞机大炮，战车掩护下；日军向国民党中央军第14军大白水主阵地攻进。
其第10师陈牧农旅英勇抵抗，很快伤亡过半；敌突入大白水村内，国军官兵立即组织反攻，将入村内之敌全歼。
日军调整攻击方向，以卫村为前进阵地，主攻朦腾和南峪阵地。
国军第34军第71师据守两村高地，隔河与敌对峙；日军在河沟两岸死伤累累。
日军为报复，集中重炮猛轰第71师阵地；第71师伤亡甚重。
为摧毁日军前进阵地，第14军李默庵部组织数百人突击队，两次夜袭卫村，但均遭失败，突击队数百壮士全部壮烈殉国。
左翼兵团遂陷入僵持，但日军未再前进一步。
右翼兵团方面，日军于10月13日从桃园村进犯，向国军第15军灵山阵地猛攻，马祺臻第195旅在东、西荣华村与敌拼杀，付出重大伤亡代价，阵地还是失守。
日军旋即向东、西南贾村进犯，遭到邢清忠第191旅拼死阻击。
战至10月14日，日军主力转攻南郭下，国军第192旅顽强抵抗，将敌阻滞于南郭下和东、西南贾一线。
第84师则固守蔡家岗亘灵山，界河铺，侧击南郭下村方面数千日寇。
为稳定战局，卫立煌命左翼兵团第94师接防营房里至龙王堂一线，以打击日军侧翼。
总预备队第17军第251旅也驻防蔡家岗。
第15军集中主力向南郭下一线日军发起进攻。双方展开激烈的争夺战，第15军多次粉碎日军进攻。
中央兵团方面，卫立煌命令第61军长陈长捷接任兵团司令；并不断增兵，以图打破日军主力对中央阵地的总攻。
10月20日，第38军第529旅到达战场。21日，卫立煌又从左翼兵团调陈铁第85师增援。
日军对中央兵团的猛攻，再度受挫。
为尽快结束忻口战事，板垣征四郎向华北方面军司令部求援。
10月22日，萱岛支队到达忻口；日军于24日再次发起总攻。
双方激战数日后，国军第85军伤亡殆尽。日军打出国军防线数个缺口。
27日，双方又陷入胶着。
当天，日军又派遣第109师团第136联队一个大队参战。
10月29日，又将该联队一个大队及独立混成第1旅团一个联队调给第5师团。
另外日军精锐第11师团第71联队，也赶到战场。
而此时，国军第二战区余部在娘子关作战；已无法增派一兵一卒。
当天，获得增援的日军即发起全线总攻。
日军精锐第11师团第71联队向左翼朦腾村猛扑，国军第83师刘戡部奋勇拼杀，竟重创该精锐联队，毙伤其二千余人。
第11师团因淞沪会战，忻口会战，成为抗战损失最惨重的日军甲种精锐师团。战后撤回日本本土，至二战结束再未参战。
第83师刘戡伤亡殆尽，剩余兵力已不足一个团。
中国空军也奉命参战。
空军共进行了12次侦察、42次轰炸。共击毁日军重型装备一批，击落日机3架，击伤1架。
击落了号称日本陆军航空队“驱逐机之王”、“四大天王”之一的第16联队第1大队大队长三轮宽少佐，以及关东军集成飞行团的重轰炸机大队长秀岛正夫少佐、侦察机中队长平长一大尉等人的飞机。
中国空军四大金刚之一，第5大队第24中队长刘粹刚上尉误撞魁星楼壮烈殉国；被追晋为空军少校。
10月30、31日，双方继续对峙。
日军进攻未取得进展。但是11月1日，娘子关、平定、阳泉等地先后失守；日军另一路迅速增援忻口，再图合围忻口国军主力。
11月2日，因晋北国军侧后受到严重威胁。卫立煌遵照阎锡山的电令，下达撤退命令。
在整个忻口会战中（含平型关战役，娘子关战役，太原保卫战），国军及八路军以伤亡13万人的代价，给日军造成约2.7万人的伤亡。
当时国军装备粗劣陈旧，如炮兵仅约为日军三分之一，重炮严重匮乏。
而空军战机只有日军十分之一。因此中国空军既不能获得制空权，又不能支援地面部队作战。
炮兵亦多分散使用，不能充分发挥威力。
而国军仅凭步兵与装备精良、训练有素的日军决斗，且通信器材不足，影响各部队间之联系甚大，致遭受惨重损失。
国军官兵完全是以血肉之躯，血拼日军精锐兵团。
可以说忻口会战打出了中国军人的威风，打破了日军灭亡中国的幻想。