日軍向來就是欺軟怕硬的主，在津浦線遭遇保安軍的連續打擊，日軍追擊到了德州就不敢往前直沖，小心翼翼了。而平漢路上是勇猛地向南追擊，一直把第1戰區的部隊給趕到了河南。對于山西方向也是這樣，板垣被衛立煌、傅作義、陳長捷堵截在忻口，打得異常辛苦，光一個忻口會戰就死傷皇軍達兩萬人，創造了華北開戰以來日軍傷亡人數的最高紀錄！就算是打到娘子關陷落，也沒能拿下忻口陣地。而娘子關方面就不一樣了，在第14師團的支援下，10月26日，日軍第20師團攻占了娘子關，日軍沿正太鐵路（石家莊太原）向西追擊，并擊退川軍孫震第41軍的阻擊，于11月2日攻占壽陽。壽陽離太原僅有100里路，且沿途無險可守，日軍幾乎就是兵臨城下了。緊跟著，得勢的日軍迅速近榆次（今晉中市），危及太原。雖然11月4日和7日，八路軍第115、第129師各一部在廣陽山地伏擊了日軍第20師團直屬隊，但這種小規模的伏擊戰也僅只能牽制一下日軍的腳步而已，于大勢無補。
仗打到這個份上，再死守忻口已經沒有意義了。相反東線日軍包抄過來，忻口守軍后路就要被截斷了！11月3日，閻錫山主持二戰區軍事會議，討論下一步作戰方案。首先必須要撤離忻口守軍，這個大家都沒有意見；第二個就是開展太原保衛戰。對于死守太原，代表中央軍系統的二戰區副司令長官黃紹竑是不同意的。部隊新敗，大家亂紛紛地往后撤，士氣低落，編制混亂，要想在太原迅速組織起大規模的會戰，怕是心有余力不足！當然，他所訴說的這些都是事實，娘子關撤下來的部隊不足一半，大部分被打進了深山失去了聯絡。忻口部隊也是很難整齊的退進太原。所以，衛立煌、孫連仲等一干“客軍將領”基本都是支持黃紹竑的意見的，與其坐等兩路日軍的南北夾擊，被動挨打，不若將太原丟給日軍，迅速歸攏部隊，再尋找與敵決戰的時機。
可閻錫山不這樣想啊，山西是山西人的山西，太原是山西的心臟，自己大半生的心血那都在太原府。不死死守住，不要說對不住三晉父老，就算是自己也不甘心啊！客軍到底靠不住，可嘆自己的晉軍實在是不爭氣，除了一個堅守在忻口前線的小將陳長捷，其余皆碌碌之輩啊！好在獨立出去的綏軍主將傅作義還是念及舊情的，他早就在抗擊奉軍時就以死守涿州而打出了“善守”的威名，現在將太原交給他來守，那絕對是不二人選。
傅作義：……老長官有令，那就守唄！
11月4日，閻錫山任命傅作義為太原城防司令，衛立煌為第二戰區前敵總司令，決心以忻口撤退的部隊占領太原北郊陣地，以娘子關退下的部隊防守太原東郊，以剛增援的第13軍推進榆次待機夾擊日軍，以傅作義部第35軍等殘損的7個旅擔負城防。老閻的盤算是，利用傅作義的善守吸引日軍強攻太原，待日軍氣竭，兩邊城外部隊積極展開野戰，必能挫敵于太原周邊。確定保衛太原的方針是：“利用太原四周既設陣地線，實行依城野戰，以阻敵前進，消滅其兵力，待我后續兵團到達，再施行反攻夾擊而聚殲之。”
說實話如果手上的部隊堪用，提前準備得當，這個計劃還是有些靠譜的，但現在的狀況是，各部久戰早已疲憊不堪，對上戰力強悍的日本鬼子，大部分部隊都有些發怵。再加上撤退命令來的倉促，各部亂紛紛的一窩蜂后撤，沒有個十天半月的別想能整出個樣子來！
可訓練有素，擅長狠打猛追的日軍能給他們從容布置的時間嗎？當真寺內壽一、坂垣征四郎、川岸文三郎等一大批日軍將領是吃素的？容不得中國軍隊后撤喘勻一口氣，就在5日日軍就已有一師兩旅團到達太原東南。在娘子關差點被圍著打的第20師團師團長川岸文三郎中將更是要求擔任主攻，以一雪前恥。可要雪恥的可不止川岸一個，北路軍號稱“鋼軍”的坂垣征四郎被陳長捷堵在忻口紅溝將近兩個月，不僅攻不破忻口，反而損失兵力達到一半以上，這不僅讓日本軍政兩界對板垣的能力產生懷疑：這小子搞情報搞不過石原莞爾、土肥原賢二，帶兵打仗如此精銳的第五師團居然打成這樣，是能力不行吧！
如此，負責前線指揮的香月青司就準備拉板垣一把，各部圍而不攻，等候第五師團發起攻擊。不過，令日軍將領沒有想到的是，正是這種包圍高壓的態勢壓垮了后撤到太原附近的中國軍隊。在太原周圍布滿日軍的情況下，從忻口和娘子關方向撤出的部隊已全無斗志，什么“依城野戰”？這么多日軍不斷聚集，留下來不是送死么？！在各部長官的默許下，一支支部隊匆匆擦城而過，腳步張惶的快速退去。也是香月司令官的命令幫了后撤各軍一把，否則如20師團動起手來，本來就混亂的中國軍隊還不知道要損失多少人哩！
兩天以后，珊珊來遲的板垣師團總算到達了太原城下。可此時城外已經看不到一個中國軍隊的影子了。10月4日，閻錫山率第二戰區司令長官部、山西省政府撤離太原。留在太原的傅作義現在算是坐了蠟：“依城野戰”的各部跑了個精光，下令封城死守的綏軍殘部現在算是徹底的“孤軍守城”了！騎虎難下的的傅作義倒也光棍，他沒有因為計劃流產而退縮，反而堵死城門，告誡部下我軍算是躺倒在太原這個棺材里了，蓋不蓋蓋子就看諸位的死戰了！所謂抬棺大戰，也莫過如此了！
11月6日晚，板垣師團到達太原城外開始派漢奸前去勸降傅作義，以圖不戰而屈人之兵。傅大將軍當然正義拒絕。7日，東、北兩路日軍在太原附近之狄村、雙塔寺等地會合，太原城西汾河河上各橋均為其占領，太原城被敵四面包圍。11月8日，板垣下令開始攻城。日軍的此次攻城，那可是立體式全方位的，空、炮、坦、步四軍種協同作戰，面對太原城猛烈攻擊。飛機向城內狂轟濫炸，專門瞄著守軍的陣地投擲炸彈。日軍重炮部隊集中火力猛轟城墻，戰至9時，城垣東北角及西北角被日軍轟陷，東、北兩面城墻亦被轟開突破口十余處，敵趁機向城內猛沖。傅作義將軍親自登城指揮，鼓舞士氣，率領部下英勇抗擊日軍的進攻。
可人分三六九等，有不懼生死的傅司令，也有怕死的“副”司令綏軍的副軍長曾延毅。這小子鬼子大炮一轟，他嚇得就借口巡視，騎著馬跑了。“副司令走了”，被訛傳成了“傅司令走了”！這下子城內軍心大亂，當官的都跑了，咱小兵也別玩命了，跑吧！就這樣軍無斗志，各部草草抵擋了一陣攻入城內的日軍就快速后退了下去。
面對尚有頑抗巷戰的太原城，日軍使出了陰招，黃昏后，日軍特種部隊空降兵空降于城中大校場，并四出襲擊。守軍見到日軍已經侵入到了城市中心，知道大勢已去，且部隊傷亡過重，無力再戰，被迫于21時由城南門突圍，經文水向離石方向撤退。太原遂告陷落。傅大將軍原本準備守上個把月的太原，僅僅一天就告破，善守之名付之流水矣！
日軍9日攻陷交城，接連拿下祁縣、平遙穩定了太原周邊要點后停止攻擊。各部休整準備發動下一步作戰。
太原會戰（含前期忻口、娘子關等戰役）歷時一個多月，中國軍民共斃傷日軍2萬余人。抗戰初期華北戰場上規模最大、戰斗最激烈、持續時間最久、戰績最顯著的會戰。他有力的阻止了日軍快速南下，粉碎了日軍合圍南京、武漢的戰略謀劃。在戰斗中，廣大官兵英勇頑強，前仆后繼，表現出中華民族不屈不撓的愛國熱情。雖然由于戰術手段上有嚴重失誤，處處防守，正面堵擊，指揮混亂，兵力分散，尤其是對娘子關方面的防御重視不夠，致使娘子關輕易失守，使戰役全局陷入被動，以至太原被日軍所占，但其戰略作用卻是明顯的，也有力的支持了淞滬戰場。
需要強調的是，會戰中中共領導的第十八集團軍和國軍緊密配合，打擊日寇。是國共兩黨合作抗日的典范之作。在會戰中，周恩來、朱德、彭德懷等一大批軍事將領獻計獻策，出力謀劃，為會戰做出了自己應有的貢獻！