八月九日，日军以第二十师团全部，第五、十两师团各一部及一个混成旅团等，沿平绥线进攻南口。
南口战役是七七事变之后，中国军队与日军在华北战场规模较大的一次战役。
南口位于今天北京西北部的昌平区，背靠连绵起伏的山地，山地上有古长城屹立于各个隘口。南北山地之间只有一条狭长的山沟通向张家口，连接西北地区。
山沟之中有平绥铁路和公路连通，南口自古以来就是西北通往华北的门户，有“绥远之前门，平津之后户，华北之咽喉，冀西之心腹”的说法。
而平津失陷时，南口仅有29军的一个保安旅驻守。南京方面自然知道南口的重要性，于是急令驰援华北的中央军13军迅速增援南口。
只是，在这个国家存亡之际，时任察哈尔省主-席的29军副军长刘孺民却是生怕中央军来了就占领了他的地盘，13军要求过境时，刘副军长竟以客军过境容易扰民等理由拒绝。
经过双方高层的多次磋商和会议，甚至为了沟通顺畅，避免这个刘副军长投敌，南京的校长还特意派了刘孺民的老上司以劳军的名义，携带了一笔款项到察哈尔与其沟通。
虽然刘副军长最终同意了13军进驻南口，但却是白白耽误了宝贵的4天战备时间。
就在13军还未完全部署到位，防御工事也未完全构筑之时，日军先头部队已经开始与守军接触。日军凭借其飞机、坦克和优势火炮轮番轰炸，守军损伤非常严重。
要说13军在南口战役中的表现还是值得称道的，一个据点往往在一天之内数易其手。白天日军凭借优势火力夺取据点，晚上守军又利用夜袭与日军近战将据点夺回。
只是苦战一周之后，13军伤亡巨大，军长汤有白不断向南京方面求援。
可惜的是，从陕西赶来的支援部队，再次被这个29军的刘副军长挡在张家口，南口形式岌岌可危。
即便如此，由于13军的英勇作战，居庸关一线阵地始终非常稳固。日军在居庸关一带相持不下，一面将战线转移到右翼企图迂回到南口后方。一面从察哈尔北部向张家口发起进攻，企图切断南口后路，形成合围。
到了8月26日，张家口被日军攻陷，13军腹背受敌，只能乘着日军还未形成包围之际撤出南口。
南口战役虽然失败，但这是抗战初期抵抗非常激烈的一战，在华北战场牵制了日军兵力，迟滞了其进攻势头，为山西的抗战赢得了宝贵的时间。
这里要说的是，南口之战也是13军的军长汤有白在抗战中仅有的少数几个闪光点之一，也是他一辈子吹嘘的得意之作。此人也许是被南口血战的残酷和部队的惨痛损失震慑了心魄，在随后抗战中的表现就很是善法可陈了。
南口、张家口沦陷后，日军已解除后虑，遂分三路南犯：一路自天津沿津浦路南犯；一路由永定河上游迂回渡河，袭取长辛店、良乡；一路由北宁(今京沈)线上之廊坊方向，强渡永定河，从侧后迂回京汉线北端国民军守军。
而此时的阎大帅也看出了形式不对，开始命令部队进驻忻口一线的国防工事。