关东军察哈尔兵团得大同后,偏师继续沿平绥线西进,进兵包头。却以主力部队独立混成第一、第二、第十五旅、堤支队、大泉支队、萱岛支队,分以酒井镐次少将、关龟治少将、篠原诚一郎少将、堤不夹贵中佐、大泉基少佐、萱山鸟高大佐六人为指挥官。六支军合步兵八个团、骑兵二个团、炮兵三个团,其余工兵、辎重兵、战车兵各一个团,辅以装甲汽车队、机关枪部队并特种兵若干,步骑工炮约五万人,由大同沿津浦铁路南进,直扑内长城线咽喉通道阳方口。又分兵进攻雁门关、茹越口,并虚攻内长城线其余各口。
板垣第五师进至平汉线保定附近后,又由平汉线转平绥线,车运至怀来、张家口,沿原道再进兵晋东北,夺占蔚县、广灵、浑源、灵丘,欲夺占平型关、繁峙、团城口,绕攻雁门关,与关东军察哈尔兵团合力,共取忻口、太原,夺占山西全境。板垣第五师下辖步兵十六个营,重炮九十五门,战车兵一个团,另附特种兵若干,步骑工炮合约三万人,连同察哈尔兵团主力,入晋日军合拥八万人,号称十万。两支军由板垣统一指挥作战。
第二战区司令长官阎锡山坐镇太原,得报日将板垣统所部第五师并关东军察哈尔兵团六支军,步骑工炮合五个旅十万人,分为两路,一路沿同蒲路正面而下,一路由晋东北蔚县、广灵、浑源、灵丘大道,向侧翼包抄,皆扑向内长城线各口。大惊,急召诸将开会。诸将得报晋北、晋东北门户洞开,日军十万,分两路蜂涌而来,尽皆相顾失色。半日无人发表意见。