太原会战，是华北战场上战斗最激烈、持续时间最长、战绩最显著的大会战之一。日军占领平津后，调集20万兵力，分3路沿平绥线、平汉线和津浦线向华北进攻。8、9月间，日军先后占领张家口、大同。此后，日军进攻重点转向山西，以14万兵力，从晋北和晋东两个方向向太原挺进。

   山西为华北战略要地，为确保晋北，中国军队在平型关、雁门关、神池一线沿内长城组成防线，卫立煌是主要指挥官。9月24日，中日两军在平型关形成对峙，日军猛攻平型关正面，双方伤亡惨重。在平型关担任敌后侧击任务的八路军115师决定利用平型关附近的有利地形伏击日军，予进攻之敌以毁灭性打击。经过一整天激战，号称日本皇军精锐的坂垣师团2l旅团遭受重创。l15师在一天的战斗中消灭日军1000余人，毁敌汽车80余辆，缴获大批武器弹药和物资。平型关的胜利极大地鼓舞了中国军民的抗战信心。日军在平型关受挫后，增强兵力，继续进攻。28日，日军攻占茹越口，29日进占繁峙，平型关左侧后受到威胁。lO月1日，中国守军从内长城防线全线撤退，以约30个师的兵力组成了忻口防线。

    10月13日，日军向中国军队忻口防线发起猛攻。中国军队依托险要地势，顽强抗击，卫立煌指挥坚决果断。两军在南怀化、红沟等地的争夺战殊为惨烈。白天，日军以飞机、大炮、坦克掩护步兵冲击；夜晚，中国军队以小分队对日军实施夜袭。战斗日夜不绝，阵地反复易手，战局呈胶着状态。双方在忻口地区激战20余天，中国军队歼敌约2万人，创华北战场大举歼敌纪录，中国军队自身亦遭受很大伤亡，但始终未让日军突破忻口防线。国民革命军第九军郝梦龄军长和刘家骐师长英勇殉国。

    为配合忻口作战，八路军115师和120师在日军侧翼和后方展开游击战，一度曾占领平型关、雁门关，截断日军通往忻口的主要交通线。

    此时，中日两军在晋东方向也展开激烈战斗。中国军队在晋东娘子关一线有8个师进行防守。日军于10月12日对娘子关正面发动进攻，未能得手。日军主力遂向娘子关右翼迂回，经半个月战斗，占领娘子关。几天后，阳泉、平定失守，太原震动。此时忻口已失去防守作用，中国守军从忻口全线撤退。在日军猛烈追击下，中国军队在太原未能组织起有效防御。11月8日夜，日军突入太原，经肉搏巷战，仅存的2000中国守军突围撤退，太原失守。

    在日军主力进攻太原之时，沿平绥线西进的日军占领归绥、包头；沿平汉路和津浦路进攻的日军占领安阳和济南。至此，华北地区的主要城市全部沦陷。

太原会战包括有：天镇战役、平型关战役、忻口战役、娘子关战役、太原保卫战。