平型关战斗以后，日军南进的步伐并没有被阻挡住。于是第二战区司令长官阎锡山跟已经赶到晋北的八路军研究，准备在忻口地区组织一场大规模的阻击战。由于兵力不足，蒋介石调来中央军支援，由卫立煌任前敌指挥部总司令。战斗持续了23天，国民党军队与日军师团长板垣征四郎率领的六、七万人进行了殊死的搏斗。
战斗中，八路军在敌后切断敌人的交通，阻击敌人的据点，伏击敌人的增援部队和后备力量，与正面战场配合，形成了腹背扼咽的围击态势。与此同时，负责左翼战场指挥的国民党第十四军军长李默庵还应朱德的要求配合八路军129师769团陈锡联部奇袭阳明堡机场的行动，阻击了日军派出的增援部队。由于国军的支援，战斗进展顺利，几十分钟内就毁伤敌机24架。
谈到忻口战役的意义，李默庵将军说，他感受最深的就是当时只有一个敌人，那就是日本侵略者。
李默庵说：“这是当时我们感受的意义最重大的一点了。就是说，只有中国人，无论是军民都是一致对敌的。只有一个敌人。这是我几十年来唯一感受到最难得的一点了。”
忻口战役打得相当残酷。国军第九军军长郝梦龄和第54师师长刘家麒壮烈殉国。蒋介石和毛泽东都发表祭文，对郝梦龄等人的牺牲表示沉痛的哀悼。忻口战役也沉重打击了日军，使日军死伤3万6千人。
