1937年“七七事變”后，日軍進(jìn)攻勢(shì)頭正盛，在平張地區(qū)擊潰西北軍宋哲元部29軍后，于8月14日組成“察哈爾派遣兵團(tuán)”以東條英機(jī)中將為統(tǒng)率，兵鋒直指晉綏地區(qū)。閻錫山抱病飛抵南京參加國(guó)民政府組織的南京軍事會(huì)議。8月16日，國(guó)民政府下達(dá)國(guó)家總動(dòng)員令，布置全面對(duì)日作戰(zhàn)，閻錫山被任命為第二戰(zhàn)區(qū)司令長(zhǎng)官，指揮晉、綏、察三省所有部隊(duì)，在此區(qū)域內(nèi)的中國(guó)軍隊(duì)共編為六、七、十八三個(gè)集團(tuán)軍。

楊?lèi)?ài)源任第六集團(tuán)軍總司令，孫楚任副司令;轄第三十三軍、軍長(zhǎng)孫楚，副軍長(zhǎng)周原鍵。下轄第七十三師、獨(dú)立第三旅、獨(dú)立第四旅、獨(dú)立第八旅、

第三十四軍、軍長(zhǎng)李楊澄源，副軍長(zhǎng)傅存懷。下轄第七十一師、第一九六旅、第二0三旅。

傅作義任第七集團(tuán)軍總司令，劉汝明任副司令，下轄第十三軍軍長(zhǎng)湯恩伯、第十七軍軍長(zhǎng)高桂滋、第十九軍軍長(zhǎng)王靖國(guó)、第六十一軍軍長(zhǎng)李服膺、第三十五軍軍長(zhǎng)傅作義(兼)，以及察哈爾省主席劉汝明的第六十七軍。

朱德任十八集團(tuán)軍總司令，彭德懷任副總司令。下轄第一一五師師長(zhǎng)林彪、第一二0師師長(zhǎng)賀龍、第一二九師師長(zhǎng)劉伯承。

8月7日，日軍以坂垣征四郎第五師團(tuán)、璣谷廉介第十師團(tuán)一部共十個(gè)聯(lián)隊(duì)3.5萬(wàn)人沿平綏線向南口進(jìn)攻，傅作義部第三十五軍對(duì)日軍進(jìn)行了堅(jiān)決抵抗，連克商都、化德等日軍據(jù)點(diǎn)。晉綏軍陳長(zhǎng)捷第七十二師、馬延守部獨(dú)立騎兵第七旅以及李服膺部第六十一軍趕來(lái)增援。由于原西北軍第68軍劉汝明部放棄陣地，致使傅部守軍陣地全線潰敗，27日日軍攻陷張家口，山西門(mén)戶洞開(kāi)。

張家口失陷后，閻錫山于8月28日于代縣太和嶺設(shè)立行營(yíng)，部署與日軍展開(kāi)大同會(huì)戰(zhàn)。參加會(huì)戰(zhàn)的部隊(duì)有晉綏軍王靖國(guó)第十九軍、李服膺第六十一軍、楊澄源的第三十四軍、趙承綏騎兵軍兩個(gè)旅、傅作義第三十五軍兩個(gè)步兵旅、陳長(zhǎng)捷第七十二師和馬延守騎兵旅，西北軍劉茂恩的第十五軍，具體布置是：

以李服膺第六十一軍七個(gè)團(tuán)守天鎮(zhèn)、高陽(yáng)，堅(jiān)決阻擊日軍進(jìn)攻，以王靖國(guó)第十九軍九個(gè)團(tuán)位于大同以東聚樂(lè)堡一線接應(yīng)六十一軍;楊澄源第三十四軍、西北軍劉茂恩部十五軍集結(jié)大同以南渾源、東井集一帶隨時(shí)增援;以趙承綏騎兵軍兩個(gè)旅集結(jié)大同以北興和一線;以傅作義第三十五軍共九個(gè)團(tuán)加兩個(gè)騎兵旅一個(gè)山炮團(tuán)一個(gè)野炮營(yíng)集結(jié)東豐鎮(zhèn)和北得勝堡地區(qū)作為北線兵團(tuán)。以此三部作為十九軍和六十一軍的接應(yīng)部隊(duì)，協(xié)助阻擊日軍進(jìn)攻。從南口突圍出來(lái)的陳長(zhǎng)捷第七十二師加上新編獨(dú)立第四旅編成預(yù)備第一軍由陳長(zhǎng)捷任軍長(zhǎng)，集結(jié)在大同以南應(yīng)縣。孫楚第三十三軍孟憲吉獨(dú)立第八旅、章拯宇獨(dú)立第三旅集結(jié)龍泉關(guān)、平型關(guān)之間也作為預(yù)備隊(duì)。此兩部為整個(gè)大同會(huì)戰(zhàn)的總預(yù)備隊(duì)

這是晉綏軍繼1926年與國(guó)民軍展開(kāi)的大同保衛(wèi)戰(zhàn)后第二次大同保衛(wèi)戰(zhàn)。蔣介石對(duì)這次作戰(zhàn)興趣非常高，期望以善守聞名的晉綏軍在日軍進(jìn)攻面前能夠再次創(chuàng)造大同保衛(wèi)戰(zhàn)的勝利。

李服膺的六十一軍把主戰(zhàn)場(chǎng)選擇在天鎮(zhèn)，在天鎮(zhèn)擺了六個(gè)團(tuán)，高陽(yáng)只有一個(gè)團(tuán)，企圖在天鎮(zhèn)給日軍以重大殺傷后，以王靖國(guó)十九軍以及其他后繼部隊(duì)給予反擊。9月1日，日軍坂垣第五師團(tuán)、獨(dú)立混成第十一旅團(tuán)、獨(dú)立混成第一旅團(tuán)等部以及東條英機(jī)察哈爾兵團(tuán)先頭部隊(duì)總兵力4.5萬(wàn)人，在飛機(jī)和坦克的支援下，自張家口西進(jìn)，過(guò)懷安向天鎮(zhèn)六十一軍陣地發(fā)起猛攻。李服膺指揮守軍奮起反擊，終日激戰(zhàn)，連續(xù)四天四夜日軍未能前進(jìn)，李服膺部傷亡也十分巨大。日軍首攻受挫，稍事休整，于9月6日再次向守軍發(fā)起強(qiáng)大攻勢(shì)，又激戰(zhàn)四天四天夜，由于日軍進(jìn)兵速度快，大同外圍各防御工事沒(méi)有完成，再加上日軍裝備精良，攻勢(shì)十分猛烈，天鎮(zhèn)守軍六個(gè)團(tuán)幾乎損失殆盡。9月11日，日軍終于攻陷天鎮(zhèn)進(jìn)逼高陽(yáng)。高陽(yáng)守軍力量薄弱，經(jīng)不住日軍強(qiáng)大炮火，到9月13日高陽(yáng)失守。此戰(zhàn)晉綏軍第六十一軍幾乎被打光。

天鎮(zhèn)高陽(yáng)失守，牽動(dòng)全局，日軍進(jìn)逼聚樂(lè)堡。日軍以猛烈的炮火向聚樂(lè)堡十九軍陣地轟擊。王靖國(guó)指揮十九軍與日軍激戰(zhàn)兩天，傷亡竟達(dá)3000人，終于不敵撤出聚樂(lè)堡陣地，大同隨即陷落。

天鎮(zhèn)、陽(yáng)高失守使大同會(huì)戰(zhàn)計(jì)劃全線失敗。為了嚴(yán)明軍紀(jì)，天鎮(zhèn)守將第六十一軍軍長(zhǎng)李服膺被閻錫山以放棄陣地之罪斬殺于太原城。李服膺被處決后，第六十一軍軍長(zhǎng)由陳長(zhǎng)捷接任。

晉綏軍自1937年8月7日進(jìn)行張家口保衛(wèi)戰(zhàn)開(kāi)始，自11月9日撤出太原為止，對(duì)日軍頑強(qiáng)抵抗了整整三個(gè)月，全軍十余萬(wàn)人僅存不足兩萬(wàn)。在閻錫山的督率下，慘烈的晉北保衛(wèi)戰(zhàn)顯示了晉綏軍保家衛(wèi)國(guó)的堅(jiān)強(qiáng)決心和旺盛的作戰(zhàn)毅志。晉綏軍優(yōu)良的兵工企業(yè)生產(chǎn)的武器裝備也為晉綏軍抗日作戰(zhàn)作出了最大貢獻(xiàn)。晉北保衛(wèi)戰(zhàn)成為閻錫山人生中最為輝煌燦爛的一頁(yè)。

太原失守以后，閻錫山先是退到臨汾，后又退到隰縣的大麥郊。太原丟失，工業(yè)企業(yè)喪失殆盡，部隊(duì)也差不多打光了，部屬們?cè)谌哲娏铓v的攻勢(shì)下，都四散逃開(kāi)，下落不明。各友軍盡皆以保存實(shí)力為第一要?jiǎng)?wù)，逃得無(wú)影無(wú)蹤，山西大好河山眼看就要全部陷入敵手，這個(gè)時(shí)候閻錫山的心情十分沮喪，思想也開(kāi)始產(chǎn)生一些變化。對(duì)山西和自己的前途都作了重新考慮。

12月初郭宗汾帶七十二師趕到大麥郊，閻錫山的心情這才稍有好轉(zhuǎn)。到十二月底，各部情況基本都有了下落，日軍的進(jìn)攻也稍有停頓，閻錫山抓緊時(shí)間把殘破的部隊(duì)進(jìn)行重新整編。又在晉西各縣又招募了一批新兵，補(bǔ)充到部隊(duì)中去。經(jīng)過(guò)這整編后的晉綏軍基本序列如下：

第十九軍軍長(zhǎng)王靖國(guó)。轄六十八師師長(zhǎng)孟憲吉，下轄二一0、二一一兩個(gè)旅共四個(gè)團(tuán)。七十師師長(zhǎng)杜堃。下轄二0三、二0五兩個(gè)旅共四個(gè)團(tuán)。

六十一軍軍長(zhǎng)陳長(zhǎng)捷。轄六十九師師長(zhǎng)楊澄源、下轄二0八、二0一兩個(gè)旅四個(gè)團(tuán)。七十二師師長(zhǎng)段樹(shù)華，下轄二一七、二0九兩個(gè)旅四個(gè)團(tuán)。

第三十五軍軍長(zhǎng)傅作義。轄一0一師師長(zhǎng)董其武，七十三師師長(zhǎng)劉奉濱;二一一旅旅長(zhǎng)孫蘭峰。

騎兵軍軍長(zhǎng)趙承綏，轄騎兵第一師師長(zhǎng)彭毓斌;騎兵第二師師長(zhǎng)孫長(zhǎng)勝。步兵第二00旅旅長(zhǎng)李慶祥。

全軍不足五萬(wàn)人。

原有的第三十三軍、三十四軍由于損失太大，僅能保留一個(gè)空頭番號(hào)，人員統(tǒng)統(tǒng)充實(shí)到以上三個(gè)軍中，部隊(duì)軍官則另外組建了教導(dǎo)第二師。

1938年2月，日軍集中三萬(wàn)余人沿同蒲鐵路繼續(xù)南進(jìn)，相繼占領(lǐng)介休、文水、17日又占分陽(yáng)、孝義。20日兵鋒直指閻錫山駐地之隰縣大麥郊。閻錫山嚴(yán)令十九軍王靖國(guó)部布防交口鎮(zhèn)御敵。二戰(zhàn)區(qū)執(zhí)法總監(jiān)張培梅和趙戴文親赴交口坐鎮(zhèn)督戰(zhàn)。王靖國(guó)保證可以守三天以利閻錫山布置撤退。沒(méi)想到王靖國(guó)部杜堃第七十師僅僅守了一個(gè)晚上陣地即被日軍突破，第二0五旅旅長(zhǎng)趙錫章陣亡。守隰縣之陳長(zhǎng)捷部六十一軍孟憲吉六十八師與日軍反復(fù)爭(zhēng)奪，隰縣數(shù)度失陷又奪回。到26日，日軍再次攻陷隰縣，同時(shí)趙城、洪洞、靈石、霍縣相繼失守。

為了重振晉綏軍，盡快恢復(fù)晉綏軍的實(shí)力，閻錫山在共產(chǎn)黨員薄一波的幫助下，建立了“山西抗敵決死隊(duì)”共編成四個(gè)縱隊(duì)，吸收了大批山西青年參軍。又從山西各工廠逃出的產(chǎn)業(yè)工人中組成的一個(gè)“工衛(wèi)旅”。

中原大戰(zhàn)結(jié)束后，閻錫山逐漸失去了晉綏軍初創(chuàng)時(shí)期的那種寬大胸懷，變得心胸狹窄，氣量極小，對(duì)部下猜疑重重。首先在1932年使晉綏軍元老商震帶三十二軍離開(kāi)了山西。后又對(duì)晉綏軍另一名將李生達(dá)痛下殺手，在用人方面閻錫山也失去了晉綏軍初創(chuàng)時(shí)期不論地區(qū)，廣納人才的胸襟。尤其在對(duì)王靖國(guó)這種無(wú)能將軍的重用更暴露了閻氏任人唯親的惡習(xí)。張培梅的自殺充分表現(xiàn)了此時(shí)的閻錫山已經(jīng)失去了廣納人才，重振晉綏軍的能力，也不可能在治理山西方面有更大作為，更不可能把晉綏軍帶向光明的前途。

傅作義是晉綏軍名將，從1926年晉北保衛(wèi)戰(zhàn)率一個(gè)團(tuán)守天鎮(zhèn)起即在晉軍中暫露頭角，后在涿州保衛(wèi)戰(zhàn)中一戰(zhàn)成名，屢立戰(zhàn)功，深得蔣介石之器重，這引起了閻錫山的不滿，中原大戰(zhàn)時(shí)閻就對(duì)傅設(shè)置掣肘。太原失守后閻想借故撤掉傅作義，被蔣介石制止，這更加深了閻要除掉傅作義的決心。傅作義對(duì)此心知肚明，急切地想離開(kāi)閻錫山。1938年冬，蔣介石未經(jīng)與閻錫山商議，突然任命傅作義為第八戰(zhàn)區(qū)副司令長(zhǎng)官兼綏遠(yuǎn)省主席，并將傅作義的第三十五軍擴(kuò)編成第一0一師、師長(zhǎng)董其武，新編三十一師、師長(zhǎng)孫蘭峰，新編第三十二師、師長(zhǎng)袁慶榮等三個(gè)師。三十五軍實(shí)力一下子大大加強(qiáng)。傅作義得此任命后迅速率三十五軍前往綏遠(yuǎn)五原縣駐防，從此脫離了閻錫山的控制。

此三個(gè)師長(zhǎng)都是傅作義一手提拔起來(lái)的，其中孫蘭峰和袁慶榮都是在傅部從連、排長(zhǎng)做起，最后做到傅部兵團(tuán)司令和張?jiān)椌腹饏⒅\長(zhǎng)。董其武雖然不是傅作義的起家老將，但董深諳兵法，為人忠誠(chéng)。1929年投奔傅作義后，立即成為傅最信任的部將。在追隨傅作義二十年的戎馬生涯中，每逢惡戰(zhàn)董皆為傅作義充當(dāng)前鋒大將，并屢立戰(zhàn)功，深得傅之信任。