10月13日，板垣征四郎指挥日军部队，在30余架飞机、50余辆坦克，50余门重炮的掩护下，向我军发动了攻击，遭到我军顽强抵抗。10月14日，我军对日军发起反击，准备借助兵力优势全歼冒进之日军。
10月15日，我忻口正面守军突破日军防线，一度占领中泥河。但是，在日军增援部队到达之后，面对武器装备占有绝对优势的日军，被迫撤回了之前阵地。
同样是在10月15日，我八路军115师独立团在小寨村附近设伏，歼灭日军一部百余人，缴获大车120余辆、骡马300余匹；10月16日，又乘胜收复广灵县城。随后，115师各部收复了灵丘、蔚县、易县、浑源、阳原等县城。向冀西挺进的骑兵营等部，于10月18日收复了曲阳县城，严重威胁了日军平汉铁路北段的交通。
我八路军115师取得连番胜利，我120师将士自然也是不甘落后。10月13日，120师358旅715团向崞县西南之日军进击，一举攻占大牛店。10月14日，向南北大常、永兴村之日军发起攻击，毙杀倭奴120余人。
10月18日，120师第716团深入日军侧后，在黑石头沟成功伏击日军，击毁汽车20余辆，毙杀倭奴300余人。10月20日夜，120师一部奇袭、占领雁门关；另一部破坏了广武至大和岭间的公路和桥梁，切断了雁门关至忻口的交通线。
我八路军115师和120师各有斩获，129师亦有战果。129师先头部队第769团，进抵到滹沱河南岸苏龙口一带之时，发现了日军飞机不断由北岸的阳明堡机场有起飞，决定出其不意，夜袭日军机场，打掉日军飞机。
10月19日凌晨，769团各部进入预定区域，3营在营长赵崇德的带领下，悄悄渡过滹沱河，潜入阳明堡机场，对日军发起攻击，经过一个小时的激战，摧毁日军飞机24架，歼灭倭奴100余人，我军伤亡30余人，营长赵崇德以身殉国。
我八路军各部，按照第二战区指挥部的统一指挥，在日军后方展开游击作战，严重威胁了日军的交通线，使前线日军得不到及时补给，有力的支援了中央集团军的正面作战。正面战场上，中央集团军各部不畏强敌、浴血拼杀，毙杀倭奴上万，阵地稳如磐石，日军部队始终无法前进一步，陷入了完全被动的境地。
山西战场上，在我八路军、中央集团军和晋绥军的协同配合下，日军进攻的矛头失去了锐利，倭奴失去了以往的骄横。而在淞沪战场上，久攻蕰藻浜不下的日军，在集结了重兵之后，再一次向蕰藻浜发起了强攻。
1937年10月15日，日军在海空军、坦克和重炮的掩护下，突破了蕰藻浜防线，向守卫蕰藻浜南岸的我军各部，发起了猛烈攻击。在武器装备占有绝对优势的日军攻击下，我守军各部伤亡惨重，战局再度告急。