援军编组为华北方面军、第1军和第2军，连同关东军察哈尔派遣兵团在内，日军用于华北作战部队合计约37万人。8月底，「第一人民抗日联军（冀察晋边区第五军前身）」拥有1,500人，全河北省至少有2万名游击队。9月，日军为确保华北主力侧翼安全，以第5师团、察哈尔派遣兵团分东、西两路从北面进攻山西。9月11日，中国第二九九团孤军坚守天镇一週后失守。日军进陷山西大同。9月13日，李服膺部在天镇、阳高一线守护不力，大同弃守。9月中旬，日军逼近内长城，第二战区司令长官阎锡山在平型关、雁门关一线组织防御。