九月二十四日，平汉路的重要据点保定沦陷。

十月九日，日军攻陷石家庄。

保定和石家庄的丢失使华北战局发生了逆转，日军直接威胁晋、豫、鲁地区。同时，日军凭借平汉、津浦等铁路将增援部队源源不断地输送到作战地区，给华国军队作战带来了及其不利的影响。

另一个方向，九月中旬关东军占领大同之后其混成第十五旅团沿同蒲铁路南下，指向太原；华北方面军第五师团由宣化、逐鹿南下，向广灵发起进攻。

九月二十一日起，日军第五师团二十旅团的三个大队含炮兵步兵共计五千余人与华国第十七军、第七十三师等部队在长城南端重要关隘——平型关展开激战。

二十五日，第十八集团军一一五师在平型关以东小寨村伏击日军第五师团预备队及辎重队1000余人，将其全歼，其中包括日军中佐一名，汽车八十余辆，缴获大量枪支弹药及军需药品。

直至二十九日，华日两军在平型关血战已达八、九日，日军数次增援未能越雷池一步，华国守军也因损失惨重无法将包围于东西跑池附近的日军全部歼灭。

三十日拂晓，华国第二战区下令放弃平型关，全军向五台山区之神堂堡、车厂、峪口，代县、雁门关一线转移。

十月一日，日军第五师团与第十五混成旅团回合之后合力猛攻代县，当日即攻陷代县，华军不得不再次向南撤退。

日军混成第一旅团于九月二十五日以主力转而南下，先后击败平鲁、井坪镇华国守军，又于二十八日攻占朔县。三十日该部越过阳方口，向晋北交通要点宁武发起进攻。

至此，华国军队内长城防线被日军突破，忻口会战爆发。