中国驻屯军与到达的国内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。
大同战斗.1937年9月2日，日军为确保华北主力南下平汉线作战的侧翼安全并获取煤炭等战略物资，以华北方面军第5师团联合关东军察哈尔派遣兵团，分两路从北面进攻山西，在大同天镇同中国军队发生战斗。中国军队领导者为六十一军李服膺和十九军王靖国，日军方面领军者则为酒井兵团酒井镐次。战斗中，守住阵地的国军与酒井兵团互有攻防。9月11日，中国第二九九团孤军坚守天镇一週