八月二十日
阎锡山被任命为国民政府第二战区司令长官。

八月二十二日
南京国民政府军事委员会将中国工农红军改编为国民革命军第八路军。

八月二十五日
中共中央军委发布《关于红军改编为国民革命军第八路军的命令》。

八月二十八日
阎锡山进驻雁门关内的岭口村指挥对日作战。

八月三十日
第八路军先头部队第—一五师一部在陕西省韩城县芝川镇渡过黄河，开赴抗日前线。

九月一日
第二战区司令长官阎锡山为迎击沿平绥路西进之敌，拟在大同以东的聚乐堡地区组织大同会战；命令国民革命军第六十一军在天镇、阳高布防，拒止西进之敌；国民革命军第十九军集结于聚乐堡以南地区；国民革命军第三十五军集结大同以北德胜堡地区；国民革命军第三十四军集结于浑源、东井集间；国民革命军第三十三军布防于广灵、平型关、雁门关一带。

九月三日
日军混成第十五旅团侵入山西省天镇县永嘉堡。

九月四日
日军混成第二旅团集结于天镇以东边界的枳儿岭。

九月五日
日军向天镇中国军队开始大规模攻击。

九月六日
国民革命军第六十一军第二零零旅第四零零团失守盘山阵地。

九月七日
国民革命军第六十一军第三九九团坚守天镇县城。中共中央军委副主席周恩来和彭德怀、徐向前等到代县太和岭口与阎锡山会晤。日军越过天镇县城西进。

九月九日
日军占领阳高县城。

九月十一日
国民革命军第八路军改称为国民革命军第十八集团军。
日军占领天镇县城。

九月十二日
日军第五师团第二十一旅团向广灵县火烧岭进犯。

九月十三日
日军独立混成第一旅团占领大同。中国军队各部均向内长城城转移。
日军突击广灵洗马店中国军队第七十三师防线。

九月十四日
日军第五师团第二十一旅团突破中国军队第七十三师洗马庄防线，师长刘奉滨受伤，广灵县城当日沦陷。第七十三师向平型关转进。
由大同西进之日军独立第十五旅团占领怀仁。

九月十五日
晋绥军独立第三旅章拯宇在广灵、灵邱交界处的白旷、苟庄子一带阻敌前进。

九月十九日
国民革命军第六集团军总司令杨爱源进驻繁峙县大营镇，在平型关附近部署中国军队，独立第八旅抢占平型关附近阵地。
第八路军第—一五师挺进平型关东南地区。日军混成第一旅团侵占左云。

九月二十日
日军第五师团第二十一旅团第四十二联队占领灵邱。

九月二十一日
平型关中国军队在平型关部署完毕；独立第八旅扼守平型关，第十七军自东泡池经团城口至西河口占领阵地，第十五军自浑源西河口至应县北楼口占领阵地，第七十三师自平型关至马跑泉占领阵地。

九月二十二日
日军第二十一旅团向平型关、团城口发起猛烈攻击，遭到中国守军的顽强抵抗。日军第二十一联队从浑源到达羊投崖，受到中国军队阻击。

九月二十三日
日军第二十一联队由羊投崖转至棚子沟，企图抄袭平型关侧后。
日军十川支队向浑源方向进犯，以策应平型关作战。
中国军队第七十一师驰援平型关。

九月二十四日
第七集团军总司令傅作义到达东山底村，协助杨爱源指挥平型关作战。杨爱源、傅作义与第八路军第—一五师高参商定，由第七十一师配合第—一五师攻击平型关之敌。

九月二十五日
日军第二十一旅团在平型关前陷入中国军队包围圈。
第八路军第—一五师在平型关前取得歼灭日军千余人的胜利。
预备第二军郭宗汾部奉命从团城口出击。高桂滋第十七军撤离团城口，日军乘虚而入，郭军未能完成出击任务。
日军混成第二旅团侵占浑源。混成第十五旅团侵占应县。

九月二十六日

日军第二十一联队脱离棚子沟战场，向平型关转进，以支援在平型关正面未能取得进展的第二十一旅团。在蔚县的第四十二联队主力亦于当日到达平型关正面投入战斗。
预备第二军郭宗汾部受到团城口、鹞子涧、东西泡池日军的压迫，退回速回、涧头北山。
傅作义受命指挥平型关中国军队作战。

九月二十七日
日军十川支队（第一联队及大泉支队）抵浑源东南洪水村，以策应平型关战斗。
中国军队第六十一军进抵平型关内齐城村。

九月二十八日
阎锡山行营由太和岭口移驻繁峙县童子崖村。
日军第二十一联队加入平型关正面攻击部队。
日军混成第十五旅团攻占茹越口，第二零三旅旅长梁鉴堂力战殉国。独立第二旅驰援不及，日军进占铁角岭。
日军混成第一旅团占领朔县。
中国军队程继贤第四三四团在攻占鹞子涧的战斗中，全团自团长以下千余人壮烈殉国。

九月二十九日
日军占领繁峙县城。
阎锡山行营转移至五台山。

九月三十日
日军混成第十五旅团占领代县。
阎锡山令平型关及内长城线中国军队全线撤退，并命令王靖国第十九军守崞县，姜玉贞第一九六旅守原平，以掩护中国军队在忻口布防。
阎锡山行营转移至五台县。

十月一日
阎锡山回到太原。
日本统帅部以临参命第一百二十号，命令华北方面军“应以一部兵力在山西省北部作战占领太原”：命令关东军“以一部入列华北方面军指挥下”并应“为以上作战提供方便”。
中国军队第十四集团军卫立煌部奉命驰援晋北。

十月二日
日本关东军察哈尔派遣兵团混成第一旅团占领宁武，混成第二旅团与混成第十五旅团向原平进犯。
中国军队独立第八旅奉命撤离平型关阵地转移五台山。
团城口方面之第六十一军和第七十一师相互掩护撤往砂河，南入五台山。

十月五日
日军对崞县和原平发起大规模攻击。
中国军队第九军郝梦龄部（欠第四十七师）到达忻口。

十月八日
日军攻占崞县，第十九军守城部队伤亡惨重，团长刘良相、石成文阵亡，余部转移至崞县东南山区。

十月十日
日军侵占石家庄。
日军攻占原平，守军第一九六旅大部壮烈牺牲。
第二十七路军（第十四军团）总指挥冯钦哉率第二十七路军、第三军和第十七师教导团向娘子关预定阵地推进。

十月十一日
日军侵占井陉。
第一九六旅旅长姜玉贞率残部五百余人由原平突围出城后，中弹殉国。
日军在忻口防线下王庄前进阵地与中国守军接触。
娘子关战役总指挥第二战区副司令长官黄绍竑到达娘子关前线。

十月十二日
日军板垣征四郎以混成第十五旅团和堤支队等右翼队，第五师团为左翼队，部署对忻口的全面攻击。
日军第二十六师团长黑田重德指挥独立混成第一、第二和第十一旅团，决定攻占归绥。
原定增援晋北作战之第二十六路军（第一军团）孙连仲部回援娘子关。
日军川岸文三郎第二十师团向娘子关发起全面进攻。

十月十三日
日军对忻口守军展开全线攻击，在中央地区强渡云中河，占领南怀化，与第九军展开激战，左翼占领阎庄，与左翼第十四军在大白水村展开激战，右翼强渡滹沱河，与右翼第十五军在东西荣华展开争夺战。中国援军第三十五军、第六十一军相继到达忻口前线。
日军占领绥远武川县。
娘子关前线日军攻陷旧关，续攻雪花山。

十月十四日
日军混成第一旅团攻占归绥。
中国军队反击占领南怀化东北高地之敌，第二十一师师长李仙洲、新编独立第四旅旅长于镇河相继负伤。
第三十五军第二一八旅克服云中河北之弓家庄，旅长董其武负伤。第六十一军第二一七旅进抵下王庄。
独立第五旅旅长郑廷珍、第六一四团团长代理独立第五旅旅长李继程接连殉国。

十月十五日
中国军队第二一七旅与第二一八旅攻击中泥河、东泥河。
日军集中坦克三十余辆、炮百余门，在空军掩护下向忻口左翼大白水阵地猛攻，守军李默庵、刘毅两师奋勇迎击，战况激烈。忻口以西之南怀化陷落。

十月十六日
忻口中国守军中央兵团对盘踞南怀化之敌发起总攻，中央兵团前敌总指挥第九军军长郝梦龄，第五十四师师长刘家麒壮烈殉国。第六十一军军长陈长捷接替郝梦龄指挥中央兵团各部队。郭寄峤任第九军军长，孔繁瀛任第五十四师师长。
第二一八旅攻克旧河北村，歼敌炮兵一部。
抵达龙泉关第九十四师及第三十八军第五二九旅奉命驰援忻口。第九十四师部署于龙王堂，第五二九旅部署于忻口中央地区。

十月十六日
日本华北方面军命令第一军以一部突破正太线中国守军阵地进入榆次，以便于第五师团攻占太原；命令第一零九师团一部列入第一军指挥，协助攻占太原。
日军攻占包头。

十月十八日
日军在强大飞机、大炮掩护下争夺204高地，一昼夜阵地易手达十三次，经猛烈格斗，日军未能占领阵地。

十月十九日
日军第二十师团川岸文三郎除以右纵队攻击娘子关外，以左纵队沿测鱼镇、石门口大道抄袭娘子关侧背。
第八路军第一二九师第七六九团夜袭日军阳明堡机场，炸毁敌机二十四架。

十月二十日
日军第五师团第九旅团第四十一联队为主力，组成国崎支队调往上海。

十月二十二日
日军萱岛支队到达忻口战场，增援第五师团。
连日来敌机轮番滥炸红沟、南怀化间中国守军阵地，并集中炮火轰击。

十月二十四日
中国军队以第四十一军孙震部第一二二师经阳泉开赴马山、东四村一带。

十月二十五日
日军第二十师团左纵队攻占平定县东四村，第四十一军在东四、马山一带受创。

十月二十六日
日军攻占娘子关。

十月二十七日
日军第一零九师团第一三六联队一个大队增援忻口。
中国守军第四十一军第一二二师撤至白羊墅，第一二四师在平定西郊与敌遭遇。

十月二十九日
日军侵占平定县城，由第一零九师团组成之昔阳支队进占九龙关。
日军独立混成第一旅团和机械化步兵联队与第一零九师团第一三六联队另一个大队增援忻口。
第二战区副司令长官黄绍竑移驻马首，第一军团长孙连仲撤至寿阳。
日军昔阳支队（第一零九师团第三十一旅一部组成）侵入昔阳九龙关。
忻口红沟血战两旬，迫敌退南怀化东麓，敌我横尸遍野，无法清埋。

十一月二日
中国军队奉命自忻口全线撤退。历时二十三天忻口战役，歼灭日军达三个联队。

十一月三日
日军华北方面军命令第五师团指挥攻取太原。
日军越过忻口向南侵犯。
黄绍竑命令娘子关前线中国军队向太原方向转移。

十一月四日
北路日军突破石岭关。
阎锡山率第二战区司令长官部、山西省政府撤离太原。

十一月五日
北路日军包围太原，东路日军侵占榆次北上。
阎锡山行营转移至交城。

十一月六日
日军开始围攻太原。

十一月七日
阎锡山行营转移至隰县大麦郊。

十一月八日
日军侵占太原，傅作义率第三十五军及其他守军突围向西山转移。

十一月九日
日军进占交城。

十一月十日
日军进占平遥。

十一月二十三日
阎锡山行营转移至临汾。太原会战结束。