1937年8月27日，经过连日苦战，腹背受敌的傅作义第7集团军终于是顶不住了。当日，东线的南口防线被日军第5师团攻破，同时西线的张家口也被日军察哈尔派遣兵团占领，第7集团军开始向大同、蔚县一带撤离。
此时的华北局势对我方来说非常不乐观，平津地区的华北方面军从日本国内调来的第10、14、16等师团已经从天津登陆，华北的日军发起了全线攻势。位于一线的第1、2、14集团军难以抵挡日军强大的攻势，全线溃退。再加上华北一马平川，日军仗着机械化的优势，华北大部迅速沦陷。平汉、津浦两线全线溃败。
此时华北局势的关键点就在山西，山西要是丢了，华北就真的完了。第二战区司令长官阎锡山的预想是扼守住山西北部的雁门关，茹越口、凌云口、平型关等重要隘口，固守内长城防线。而山西东部只要守住一个重要关隘——娘子关。
阎锡山的预想也是合乎常理的，山西地势本就易守难攻。通过地图我们来看看山西的地形，东西两边分别是高大的太行山脉与吕梁山脉，北部是一条300里长，横贯东西的恒山山脉，南部背靠黄河天险。自古以来就是割据一方，易守难攻的军事要地。
阎锡山的小算盘
山西地形确实是对我方有利，但是能不能守得住关键得看人，在南京的蒋介石也深知山西的重要性，此时淞沪会战正打得激烈，如何华北全线溃败，那淞沪也没法打了。蒋介石亲自致电阎锡山，希望派中央军大部队进入山西。
可是
阎锡山
也有自己的小算盘，他是非常忌惮中央军进入山西的，不到万不得已，决不让中央军大部队入山西。他回复蒋介石，计划在山西北部的大同一带，组织一场大同会战，决心御敌内长城防线之外，让蒋介石放心，不用派中央军大部队入山西，他的30万晋绥军可以挡住日军。其实这只是阎锡山的挡箭牌罢了。
8月29日，日军察哈尔派遣兵团与第5师团主力在张家口一带会师后，再次分别两路南下，察哈尔派遣兵团沿平绥铁路南下进逼大同；板垣师团指挥的第5师团主力向蔚县进犯。
我方兵力部署
驻防山西的一共有三个集团军，分别是杨爱源第6集团军（晋绥军）、傅作义第7集团军（晋绥军为主）、朱德指挥的第18集团军。
傅作义第7集团军在从南口、张家口后撤，在天镇、广灵、蔚县、涞源一带布防，具体部署如下：第61军防守天镇、阳高；第17军防守蔚县、广灵；第13军防守来源、灵丘。
杨爱源第6集团军的第33、34军则防守平型关到雁门关的内长城防线，19军在大同。
共产党第18集团军麾下林彪115师，8月22日在陕西三原誓师出征，8月31日进入山西，驻防平型关一带；贺龙120师，9月3日从山西富平出征，9月4日，刘伯承129师也相继出发。
天镇失守
天镇位于大同东北方向，位于张家口与大同中间，是南下的日军首先进攻的战略要点，所以驻守在这的第7集团军李服膺61军是首当其冲，61军战前是由68师扩编而来，虽然说是一个军，但其实也就一个师的兵力，该军只下辖一个101师、一个独7旅。
在战前，国民政府就计划在天镇修筑国防工事，目的就是防范日军。但是真实情况是这笔钱被层层克扣，根本就没有落实到位，修筑的国防工事也是寥寥无几。现在日军真的来了，但是这些国防工事基本才开了一个头，61军的士兵只能硬着头皮阻击日军。
1937年9月7日，在坚守数日后，61军防线被攻破，61军撤往大同，原本驻守大同的王靖国19军早就跑了，李服膺才明白哪有什么大同会战，都是阎锡山的幌子罢了。
日军攻占天镇后在城内大肆屠杀，连续进行了3天的大屠杀，2300余群众饮刃喋血死于非命。这是抗战全面爆发后，日军制造的第一起集体性大屠杀。这也让当时的国内大为震惊，全国舆论都聚焦在天镇。阎锡山为了平息舆论，逮捕了61军军长李服膺，并且迅速将其枪决。
（其实关于修筑天镇国防工事的那笔钱被谁动了，那阎锡山自然是逃不了干系的，当时李服膺本来是要押送到南京去审判的，但是阎锡山执意要在山西审判，而且不明不白的就把李服膺枪杀了，但是不战而逃的19军军长王靖国却没有如何处分。时任晋绥军执法总监的晋军元老——张培梅，执意要求枪毙王靖国，但未能如愿，张培梅觉得自己身为执法总监，却不能执法，有辱使命，于是在次年服毒自杀，以死明志）
9月13日，大同沦陷，之后朔州、宁武相继沦陷，自从雁门关外军事要地全部被日军占领。在另一边，板垣率领的第5师团也是一路攻城掠地，14日占领广灵、16日占浑源、20日占领灵丘，直逼平型关。
自此内长城防线以外的地区全部沦陷，特别是雁门关地区的晋绥军是一路败退而来，士气低到极点。此时的日军对山西的中国军队形成了包围之势，但是只要我方能够守住各关隘，优势还是在我方的。
内长城防线失守
阎锡山的判断是日军的主攻方向在雁门关，所以重兵都放在了这一边，平型关这边，阎锡山是计划诱导第5师团一部深入，之后再对其进行围歼。可是在平型关与雁门关之间的茹越口却成了日军的突破口。
茹越口，在繁峙县以北，雁门关和平型关的结合部，战略位置十分重要。如果被日军占领，向东可以攻击我平型关守军，向西会对雁门关形成威胁。但就是这样重要的位置，当时却只派了34军梁鉴堂203旅一个旅镇守。面对日军第11混成旅团加伪蒙两个骑兵师的攻击下，梁鉴堂壮烈殉国，茹越口失守，随后雁门关被突破，虽然平型关打得还差强人意，但是后方已被日军突破，平型关的部队只能撤退。
内长城防线失守，太原最后的屏障就只剩下了忻口，更加残酷的忻口战役也即将打响，下期详细分解。