1937年7月底，日寇相繼佔領北平天津，緊接着沿津浦、平漢、平綏三線推進。沿
抗戰時期之平綏鐵路，自北平起經張家口、大同達包頭，是聯繫華北北部的交通大動脈，亦中蘇聯絡之生命線，更是中國軍能否旋迴作戰之中樞線。平綏路東段重鎮南口，是北平通向西北之門户。日軍企圖進犯張家口，佔領察哈爾省，然後分兵晉、綏，中國軍隊要保住該三省，都要控制南口。
中方決定：固守南口、萬全之線。如南口、赤城、沽源之線始終為我保有，則平津方面之敵，決不敢冒險南下。
7月底至8月初，蔣介石針對南口防禦下達系列命令：位於綏東地區湯恩伯第13軍、綏遠省政府主席傅作義、太原緩靖公署主任閻錫山緊急備戰；察哈爾省主席兼68軍軍長劉汝明負責炸燬青龍橋八達嶺一帶鐵路；調高桂滋第84師高迅即集中張家口“固守張垣”，並與李仙洲第21師合併為第17軍，高任軍長，歸劉汝明指揮。
蔣介石要求南口陣地：深溝寬壕，使敵騎與坦克不能侵入，讓日軍的機械化長處“無所用”。
但是，南口地區跨越第一、二兩戰區及河北、察哈爾兩省，參戰部隊有西北軍晉軍中央軍和其他雜牌軍。蔣曾想命與西北軍晉軍都有淵源的傳作義擔任總指揮，但其後卻任命了中央系湯恩伯為第7集團軍前敵總指揮，而湯調不動其他任何部隊。
兩天後，蔣命閻錫山抽調晉軍兩個師援助平緩線，因擔心閻不買顧祝同的賬，其手令中又稱以“傅作義為集團軍總司令”。仗還未打，南口指揮權已成一筆糊塗賬。對平綏線作戰計劃，蔣部署：湯恩伯負責南口地區作戰，劉汝明負責張家口作戰，傅作義負責預備部隊。
中國陸軍第13軍屬中央軍嫡系部隊，下轄王仲廉第89師和王萬齡第4師，共2.8萬餘人。
南口本是西北軍出身的劉汝明地盤，但蔣卻將它劃在湯恩伯防守地段。這樣13軍就要將劉部換防下來接管，而去換防接管，13軍必須通過劉管轄的張家口。劉擔心地盤被中央軍搶，一紙命令拒絕湯部過境。
中日華北大戰迫在眉睫，然張家口無任何戰爭準備跡象。既沒修建街壘工事，也沒修建任何防空設施，日本人設立的特務機構仍在天主教堂內堂而皇之辦公，各色日本人亦在大街上自由自在活動。
蔣曾在7月30日至8月3日內，7次致電劉汝明，每次都問及部隊是否集結到指定位置，鐵路線是否已炸燬，國防工事構築到何種程度。但無論蔣如何心急如焚，張家口仍是一切如常。在相當一部分地方軍閥心裏，日本人的威脅很遠，蔣中央軍的威脅近在眼前。
湯恩伯將劉汝明的阻攔報告給蔣，蔣請出西北軍老前輩、軍法執行總監部副監鹿鍾麟到張家口，劉只好同意13軍從張家口經過，但運兵列車不準停留。
這樣13軍被整耽誤四天，軍列出動即遭日飛機猛轟。當13軍抵達南口時，發現劉部已撤，也無任何防禦工事，13軍參謀長吳紹周説：只有秦始皇遺下的一段萬里長城。
第13軍兩萬多名官兵，大部寫下抗日決心書，並扔掉自有物品。儘管是中國陸軍主力部隊，但13軍裝備之差令人難以置信：炮兵僅第89師有日本大正式山炮9門，且為過時陳貨，射程最多四或五千公尺；其他部隊則更差，第4師只有幾門小炮，另有用繩子拉上山的戰防炮兩門，是蘇聯試製品，直到使用時，才發現所領到的炮彈是一些試射彈。在南口戰役中，敵人恃優勢炮兵，每天同時用山炮轟擊我第一線，野炮轟擊我第二線，重炮和鐵道重炮轟擊我第三線。我軍不僅山炮小炮無法抬頭，以後連迫擊炮、重機槍也時常停頓，以免暴露目標被日軍定點攻擊。
蔣要湯“固守半月”。中國駐屯軍獨立混成第11旅團4千餘人在旅團長鈴木重康中將率領下，於8月4日上午向南口發起攻擊。13軍拼死抵抗，陣地反覆爭奪。因日軍武器先進，國軍不得已四處伏擊肉搏，以扭轉戰機。不久日軍甲種機械化部隊板垣徵四郎第5師團約3萬人加入進攻。苦戰至20日，因張家口第68軍一部被關東軍組成的察哈爾兵團在參謀長東條英機中將的率領下擊潰，準備增援南口的傅作義部為保張家口半路回援，而湯恩伯日夜盼望的衞立煌部也被日軍第6師團第36旅團牛島滿支隊阻擊。衞部第83師一直苦戰到24日才得以擺脱日軍。可又被連日大雨河水氾濫的永定河擋住腳步。
絕望中湯恩伯縮短戰線，將防區分成幾個據點固守。26日13時半，援兵無望的湯恩伯下令南口守軍突圍。當日，日軍第5師團佔領懷來。接着日第11旅團佔領延慶。湯部剛突圍而出，衞立煌前鋒部隊第十師抵達鎮邊城。發現湯部已撤後，第十師立即回撤到石家莊。
南口一線全丟失後，日軍於南北壓向張家口壓，劉汝明潰敗撤退。26日，張家口陷落。隨後日軍沿平綏線繼續推進，張家口以東以北全被日軍佔領。
南口之戰，中國軍隊傷亡約2.9萬餘人，日軍陣亡約2千餘人，加上受傷約1萬餘人。