浦路和平汉铁路北段与敌作战。傅斯年在信中所说的“准汉奸”刘汝明，当时被编人第二战区司令长官阎锡山手下，出任第七集团军副总司令（傅作义为总司令）兼一四三师师长，另兼察哈尔省主席，直接指挥的部队为两个师一个保安旅与敌作战（第一集团军其他部队在河间、大名一带阻敌），由于刘汝明军阀割据心态甚重，一心想保存实力，与阎锡山、傅作义、汤恩伯等将领合作并不融洽，遂致绥察晋一线战事一塌糊涂，最终导致张家口、南口等战略要地相继失陷。

    就华北情形论，按照国民党军事委员会部署，先行巩卫南口，使战局形势趋于稳定，而后立刻发动对张北、商都的进攻，尤其着重于张北的争夺。但刘汝明对于张北汉奸的逆袭，竟延迟一日始行动，而且当他进至张北城边时，又复误信伪军首领李守信之请求，请其缓兵一日，即可反正云云。就在刘汝明犹豫不决之时，日军纷纷调兵援守张北，并以李守信为前锋，向刘部反袭，张北前线形势陷入混乱，直至导致张家口与南口两处军事重镇相继失陷。

    山西省辖境天镇、阳高在张家口以西，大同以东，它不但是山西的门户，同时还屏蔽着绥远的东南。而它的西南是柴沟堡，从这一带直至大同，由晋军六十一军军长李服膺率部把守。当南口危急时，晋军总首领阎锡山接到急电，曾下令李服膺率部由柴沟堡出援南口，可是李氏不但抗令不救，反被日军从柴沟堡一炮所吓，退走天镇、阳高。

    日军占领南口与张家口两镇和交通咽喉，察哈尔全省很快被其控制。于是，日军复以张家口为根据地而进攻大同与张家口之间的军事要塞天镇、阳高，叩山西之门户，以取大同。在这关乎民族存亡的紧急关头，李服膺依然消极抵抗，致使天镇于9月8日失陷。第二天，丰镇告急，孤山与兴和相继陷入危急。与此同时，日军的另一路则用七辆坦克冲进李服膺司令部所在地阳高，李氏率众参谋人员出逃，阳高随之沦陷。13日，大同陷于敌手，晋省门户洞开，敌军大队人马分两路向内地扑来，进太行，叩雁门关。时分兵驻守阳高、蔚县、广灵、灵邱、涞源等平汉与平绥路间唯一可连接地带的刘汝明部，见日寇气势汹汹，纷纷溃退，致使局势江河溃堤，不可收拾。虽有中共指挥的八路军林彪一一五师在平型关对日军予以严重打击，但仍未能阻止敌人南下的步伐，具有“天险”之称的雁门关于9月27日弃守。当此之时，能给予中国以枪弹支援的列强只有苏联一家，而由苏联运往中国的线路有二：一条是经外蒙古、内蒙古、山西大同至内地；一条经新疆、甘肃、陕西，连接陇海路。如果大同、雁门关失守，太原自是难保，中苏枪械运输线即被掐断，这对交战正酣的上海战事乃至以后整个中国的持续抗战，无疑是致命打击。对此，蒋介石闻讯极为震痛，其悲愤痛扼之状从14日蒋氏日记中可以看到：“阎之罪恶甚于宋之（失）平津，其为无胆识，一至于此，实为梦想所不及也，可痛之至。对于苏俄之运货交通更生难矣。”

    为保上述通道不被斩断，蒋介石遂有加强上海战事，以吸引日军主力，保住中俄运输线的作战计划。

    蹲守在山西老巢的阎锡山同样深知大同与雁门关失陷对三晋和中国全局抗战影响之巨，盛怒之下命人将败军之将李服膺押解至太原，来了个挥泪斩马谡，以振军纪。10月3日晚，李服膺在太原被枪决。未久，蒋介石下令对刘汝明撤职查办。

    雁门关失守，日军随即突破晋军阎锡山部设在晋北的长城防线，进逼太原以北的忻州要塞。为挽回颓局，阎锡山下令驻忻口晋军严防死守。于是，双方展开血战，阵地多次反复易手，争夺持续20余日。日军消耗兵力达2万余人，晋军更是伤亡惨重，第九军军长郝梦龄、第五十四师师长刘家麒等将领阵亡。交战中，日军源源不断地增兵，并伴随猛烈炮火步步紧逼