在對坑近戰的同時，我炮兵改變戰法，白天暫匿於石窯洞裡躲避敵機轟炸，黃昏後進入不斷變換的放列線，對南懷化和泥河一帶敵炮兵群與機場，予以突然的猛轟，迫使敵將機場撤到原平鎮。
忻口對陣戰漸有轉機，但娘子關失守，使晉東門戶敞開。閻錫山急調傅作義第35軍回太原部署城防。
10月28日晨，日軍向中央兵團第215旅陣地強襲，“各種利器兼施，並用一部利用坑道秘密逼近我，守兵單薄，增援不及，情勢甚危。當懸賞6000元，士氣大振，斃敵200餘”。次日，日軍向中方陣地再次發起全線進攻。敵新增第11師團第71聯隊猛攻我左翼朦滕村陣地，第83師與敵奮勇肉搏，殲敵2000人。該師連日犧牲重大，全部戰鬥員不足1團。正面之敵在南懷化、下王莊增加野炮20餘門向我猛攻，激戰終日，南郭下村以南高地被敵突破二三里寬，然最高山頭仍在我手。
10月29日，閻錫山又令第73師歸衛立煌直接指揮。衛立煌即令該師接替第19軍及第61軍陣地守備；第126旅接替第85師陣地守備，各交防部隊集結於忻口附近為中央兵團預備隊。
11月1、2兩日，日軍以炮、空轟炸我全線陣地，工事多被摧毀，守軍以手榴彈奮勇迎敵，與敵白刃肉搏至烈。正面第54師一個團及第177師一個旅、官村西南陣地守兵傷亡殆盡，陣地被敵攻陷。左翼第94師逆襲得手，乘勝出擊，連奪重要山頭數個，敵增兵一個聯隊，並以戰車應援，雙方處於對戰中。
一、整軍抗戰（34）
忻口戰役雖然激戰多日，日軍終未突破我防線，但因晉東戰事失利，忻口守軍側後受威脅。閻錫山於11月1日令衛立煌：“我晉東軍因受優勢之敵軍壓迫，正逐次向太原以東地區轉進，除已令副（傅）總司令在太原佈置城防以固我資源重地外，希貴部在菜水■、青龍鎮、天門關之線佔領陣地，俟敵接近一舉而殲滅之，並協助固守太原之傅（作義）軍依城野戰，以保固太原。” 2日，衛立煌按閻錫山命令，下令全線撤退。
至此，為期一個月的忻口戰役結束。此役共殲敵2萬餘人 ，是抗戰初期華北戰場上作戰規模最大、最殘烈、對日軍打擊最沉重的一次戰役。無論是作戰時間、參戰人數，還是戰況之激烈程度，在華北地區都是空前的，故與淞滬、徐州、武漢會戰並稱抗戰初期的四大戰役。閻錫山作為第二戰區的最高軍事指揮官，在這次戰役中的決心是堅定的，表現是積極的。雖然，忻口戰役因多種因素而失利，但是，它所產生的影響及意義遠遠大於戰役本身，不僅打破了日軍“一個月滅亡山西，三個月滅亡中國”的神話，而且在戰略上有力配合了淞滬會戰。
痛失娘子關
正值閻錫山調兵遣將，部署忻口戰役之際，日華北方面軍為了一舉殲滅河北平原的中國軍隊，於10月6日命令第1軍向石家莊進攻，然後向順德附近急進；並以一部進入井陘以西的要地，切斷山西的交通，以策應第5師團的作戰。第1軍奉命於10月10日攻佔平漢線上的重鎮——石家莊，然後以一部沿正太路西進；其他各部也紛紛出擊，將國民黨幾十師壓迫於黃河北岸，瀕於背水一戰的困境。
出乎日軍統帥部意料之外的是，第5師團在忻口卻受到第二戰區軍隊強有力的抵抗，毫無進展，遂改變原先的戰略企圖，急令華北方面軍轉兵西進，攻略晉中，迂迴太原，增援第5師團。華北方面軍乃決定停止追擊河北平原的國民黨軍，以有力兵團轉進山西，並於10月中旬抽調第20師團，配以第108師團、第109師團之第31旅團，組成西進兵團，由川岸文三郎統一指揮，兵分左右兩個支隊，沿正太路直撲娘子關而來。
娘子關，自古為兵家倚重要地。唐代平陽公主曾屯兵於此