10月上旬，日军第二、第三军主力向正定钳击，形势严重。国民政府军事委员会令第一战区部队一部转入晋东娘子关地区组织防御，正面为第17、第30师，左翼为第14军团，右翼为第3军，由第2战区副司令长官黄绍竑负责指挥。
　　10月11日，日军第20师占领井陉，以一部攻娘子关正面，策应其主力第5师团之攻势。13日攻陷旧关。阎锡山急令增援晋北之孙连仲率第26路军回援娘子关，组织多次反攻，歼日军一部，但未夺回旧关。14日日军突进苇泽关、旧关，被第一军团、第三军包围，消灭甚多，困守数据点，赖空投补给。惜中国军队火力不足，未能将其全歼，围攻至22日，日军仍负隅顽抗。
　　黄绍竑（1895-1966）字季宽，广西容县人。1916年保定陆军军官学校毕业。1922年被孙中山委为广西壮族自治区讨陆（荣廷）军总指挥。1924年加入中国国民党。是年与李宗仁、白崇禧等成立定桂讨陆联军，统一广西。曾任桂军第二军军长、国民革命军第七军党代表、第15军军长。北伐开始后任广西省政府主席兼留桂军军长。抗战期间任第二战区副司令长官。
　　21日，日军第20师团师团长川岸文三郎得到第109师团一部增援，继续在航空兵支援下正面进攻娘子关，掩护第20师团左右两个突击队向南运动。第20师团辎重部队行经七亘村，先后两次遭八路军第129师伏击。26日，日军左突击队约4个营经测鱼镇南侧突破第3军防线，绕到娘子关和新关侧后。娘子关守军是日全线撤退，日军沿正太铁路(石家庄-太原)向西追击，并击退第41军的阻击，11月2日占寿阳。日军迅速逼近榆次，危及太原。4日和7日，日军第20师团直属队在广阳山地又遭八路军第115、第129师各一部的伏击。
　　10月21日，日军被迫抽调第20师团全部及第109师团一部由冀南回援，第20师团对娘子关再兴攻击，第109师团由横口车站向测鱼镇、南漳城前进。中国军队第3军及增援之第41军调集未毕，迎击失利。娘子关侧背暴露，退守平定。第20师团于26日陷娘子关，30日进平定，第109师团进至昔阳，平定、阳泉相继失守，日军进逼太原。