夜，日军混成第15旅团追击部队占领繁峙县城，并袭击了正经过繁峙东进的中国第35军一部，城内的中国第34军军部退至峨口。至此，日军遮断平型关正面中国军队退路，将平型关附近阎锡山等部阻隔在繁峙以东。当日深夜，阎锡山得知五斗山反击失败，深恐日军切断其经峨口至五台山的退路，遂命令内长城防线各部向南转移至忻县、忻口间组织防线保卫太原。30日，占领繁峙的日军混成第15旅团进占代县。中国守军从内长城防线撤退后，东面的日军第21旅团进入大营镇。日军相继攻下重镇包头。平绥铁路作战结束，日军完全控制内蒙，并解除其华北主力进