在烽火狼煙的抗日戰爭時期，民族大義使然，國共兩黨也有過很多次經典的合作戰例。比如1937年9月份，在大通等地淪陷後，日軍兩路進犯雁門關和平型關，由此拉開了太原會戰的序幕。此時太原若失，日軍將形成南北匯合之勢，並由此嚴重威脅我抗戰大後方。為了完成這一戰略狂圖，日軍派遣了精鋭的板垣徵四郎第五師團，同時還將長城以南的關東軍察哈爾派遣兵團等4個多精鋭旅團劃歸其麾下。這樣，晉北日軍總兵力即達到了7萬餘人.....而此時在山西的中國守軍，即閻錫山的晉綏軍，加上八路軍總共有3個集團軍。
閻錫山為挽救山西戰局危機，保衞太原，決定利用忻口進行正面防禦，阻敵南下。太原保衞戰堅持了1個多月，是國共雙方軍隊配合得最好的一次會戰。此次戰役的主將是國軍名將衞立煌，在經過周密的研究之後，他調集4個集團軍組織忻口會戰。之所以選定忻口，原因在於此地為太原北面的最後一道門户，且易守難攻。
在部署方面，衞立煌率領第十四集團軍組成中央兵團，扼守崞縣、原平至忻口一帶地區；八路軍朱德率領的第十八集團軍，在五台山至峪口一線設防，阻擊敵人；以楊愛源率領的第六集團軍，在寧武山區的黑峪村至陽方口一線佔領陣地；以傅作義率領的第七集團軍為預備兵團，控制定襄、忻縣、太原一線並機動。
10月1日，日軍混成第二旅千餘人由繁峙向陽明堡進攻，與中國第十九軍一部激戰，侵入陽明堡。2日，在飛機支援下開始進攻崞縣。4日，日軍混成第十五旅由崞縣迂迴，向原平鎮猛攻。第二戰區長官部為使主力部隊有充裕時間集結忻口與敵決戰，下令“死守崞縣、原平，以待後續部隊到達”。5日、6日兩日，日軍集中炮火對崞縣中國守軍猛烈轟擊，陣地被毀殆盡，第十九軍第四〇七團官兵傷亡極為慘重。7日，圍攻崞縣之日軍增加到五六千人，以飛機20餘架、野重炮30餘門對縣城狂轟濫炸達6小時。第四一〇團從團長到士兵，全部陣亡。入夜，雖經中國守軍奮起反擊，但無奈日軍攻勢凌厲。8日凌晨，崞縣陷落。
堅守原平鎮的是第三十四軍第一九六旅，旅長姜玉貞接到死守原平的命令後，立刻進行部署。他們面對板垣徵四郎的主力部隊，天上有飛機掩護，地上有大炮、坦克開路，可守軍只有為數不多的迫擊炮。但是原平城小，且無險可守......
日軍從10月1日起就用大炮開始猛轟守軍的陣地。6日增加兵力，並以飛機、炮兵支援，反覆進攻，均未得逞。日軍惱羞成怒，動用飛機大炮輪番轟炸，開動坦克在陣地前橫衝直撞。中國守軍的工事被炸塌，被迫進入城內防守。日軍乘機佔領原平城的東半部，中國守軍死守原平城的西半部。兩軍一街之隔，展開激烈的巷戰。一直堅持到10月7日堅守任務完成後，姜玉貞帶領全旅官兵又苦撐了3天。11日下午接到撤退命令，姜玉貞才帶領殘部從日軍比較薄弱的城西一角衝了出去。他手掄大刀，左砍右殺，殺得日軍抱頭鼠竄。眼看部隊就要衝過陣地了，一發炮彈落在姜玉貞身旁。最後，無奈一代名將馬革裹屍而還......
在國軍部隊積極抗戰的同時，為了有效牽制敵人，八路軍各部隊根據中共中央軍委和八路軍總部的部署，向敵側後展開了主動的攻擊。10月1日，第一二〇師雁北支隊襲佔朔縣以北之井坪鎮(今平魯縣城)，4日又收復平魯縣城(今平魯鎮)。接着對同蒲鐵路朔縣至大同段展開破襲戰，10日在辛莊伏擊敵運輸隊，隨即逼近大同。10月8日，第一二〇師主力夜襲寧武縣城。10日，第一一五師獨立團攻佔淶源縣城。但崞縣、原平的相繼失守，使忻口處於日軍的直接攻擊之下。忻口是太原的大門，此處倘若不保，日軍就可長驅南下，直抵太原。10月12日，中國左、中、右三路集團軍已到達忻口附近佔領陣地。閻錫山又命令傅作義率領預備集團軍第三十五、第六十一軍、獨立第二旅、第三旅等部開赴忻口，加入中央集團軍作戰。同時調整軍事部署，將中央集團軍分為三個兵團，以劉茂恩指揮第十五軍、第十七軍、第三十三軍等部，組成右翼兵團；以郝夢齡指揮第九、第十九、第三十五、第六十一軍等部，組成中央兵團；以李默庵指揮第十四軍及第六十六、第七十一、第八十五等師，組成左翼兵團；以衞立煌為前敵總司令，統一指揮三個兵團在忻口一線作戰。
13日晨，日軍出動30餘架飛機和大批坦克、火炮掩護步兵5000餘人，對中國軍隊忻口防線實行中央突破，猛攻南懷化陣地。14日，南懷化至靈山的主陣地被敵突破。16日，衞立煌調5個旅反攻南懷化。中國守軍奮勇抗敵，曾一度將侵入南懷化之勁敵殲滅。在艱苦的攻守激戰中，中路兵團指揮官第九軍軍長郝夢齡、第五十四師師長劉家麒、第五旅旅長鄭廷珍壯烈犧牲。
在保衞忻口的戰鬥中，八路軍在朱德的指揮下，在敵主力之側翼和後方，密切配合友軍襲擊敵軍。10月13日至14日，第一一五師第三四四旅在小寨村斷絕日軍交通，15日截獲敵援軍汽車130餘輛，殲敵200餘人，接着夜襲團城口，隨後收復平型關及渾源縣城。其六八八團還夜襲沙河鎮日軍，繳獲大批糧食和軍用物資。16日，第一一五師之獨立團和騎兵營，在廣靈南設伏，襲擊日軍，並乘勝收復廣靈、淶源、蔚縣、靈丘、易縣、陽原等縣城。18日，攻克曲陽縣城，同日，第三四四旅第六八八團還攻克繁峙縣城。19日，第一一五師之第三四三旅向繁峙守敵發起攻擊，也一舉攻克數城。至29日，騎兵營又接連收復平山、唐縣、完縣等縣城，對平漢路北段日軍交通造成了嚴重威脅。至此，第一一五師共收復縣城10座，切斷了張家口至代縣間日軍的後方補給線。
第一二〇師在日軍的右翼及後方支援友軍作戰，12日在崞縣十里鋪，13日在寧武，14日在大牛店、南北大常及永興村等地與日軍激戰，斃傷大量敵軍。特別是18日，第一二〇師第三五八旅在雁門關以南的黑石溝地區設伏，擊斃日軍300餘人，擊毀汽車20餘輛，並收復了雁門關，切斷了日軍的交通線。23日，第三五九旅還在陽明堡西南之王董堡伏擊日軍運輸隊，擊敵汽車7輛。通過不斷襲擾，使敵交通運輸線陷入癱瘓。
由於第一一五師、第一二〇師切斷了日軍的交通運輸，日軍後方補給中斷。除此以外，第一二九師也傳來勝利捷報。團長陳錫聯親自策劃了夜襲陽明堡機場的戰鬥。19日夜，第七六九團以第三營襲擊機場，以第一營鉗制崞縣之敵，以第二營為預備隊。第三營潛入機場後，突然發起攻擊，以密集手榴彈襲擊停機坪內的飛機。僅經1小時衝殺搏鬥，即炸燬日軍飛機24架，殲滅日軍百餘人。這一重大勝利使國軍陣地遭受的空中威脅鋭減。日軍地面部隊失去空中優勢的掩護和空中運輸補給，士氣更為低落，在十餘天的進攻中毫無進展，傷亡慘重，處於進退維谷的境地。在這次偷襲中，八路軍傷亡30餘人，營長趙崇德光榮犧牲。
由於八路軍在此次戰役中的浴血奮戰，極大的緩解了國軍的正面壓力。10月17日，國民政府連發兩電錶示嘉獎。無奈的是，八路軍在側翼的英勇作戰，並不能扭轉會戰主戰場全局的局面。由於娘子關的失守，忻口守軍不得不全線撤退。