当時の日本軍政部の反応として、占領期ジャワにおける軍政監部総務部企画課の政務班長の職にあった斎藤鎮男は、「住民の民度亦相当低度〔であるにもかかわらず〕此の地に独立が認容せられたと云うことは、世界史上将に驚嘆に価する」ものであり、「帝国肇国の国是が如何に道義的にして、大東亜戦争の目的が如何に神聖」であるかの証であるとし、インドネシア人を鍛錬し、指導するのが日本に課せられた使命であるとみた。また、小磯声明を受けて、海軍武官府では、代表の前田精少将を中心として独自に「独立養成塾」が設置され、その運営のすべてがインドネシア人に委ねられることになり、西部ジャワの貴族出身の弁護士で独立後の初代外務大臣となったスバルジョが代表に就任した。この養成塾では、民族主義者が集い、スカルノが政治史、ハッタが経済学、シャフリルがアジア史と社会主義の講義を担当するなど、活発な議論が交わされた。また、バリ島では三浦襄が独立に向けて奔走した。しかし、軍部の主流派は、日本人が「大愛を以て此の民族を導く以外に〔独立は〕あり得」ないと判断しており、インドネシア人による独立に向けた活動をなかなか認めようとしなかった。そこで、スカルノらは、民族主義勢力の圧力を背景に、慎重な態度ながらも、インドネシア独立準備委員会の設置をたびたび、訴えることになった。1945年2月には、ジャワのブリタルの郷土防衛義勇軍兵士が、政治的指導を乗り越え、日本軍に対する不満を爆発させて反乱をおこした。そして、同年3月、すでに南方と本土の補給線が断たれていた日本は、インドネシアに対して独立の要望を無視して戦争協力を求め続けることが限界に達したことを認め、独立準備調査会の設置を発表することになった（正式の発足は5月）。この調査会のなかでは、スカルノやハッタらが中心となって独立後の憲法を審議し、同年7月17日の最高戦争指導会議によるインドネシア独立方針の決定を受け、8月7日には、ついにスカルノを主席とする独立準備委員会の発足が発表されるに至った。この独立準備委員会は、「急進派を先頭とする民族主義勢力が、軍当局に対し妥協・協力をする反面、人民の盛り上がる力を足場とし、そして日本軍の戦場での敗北を利用しながら、軍当局に対する圧力を強めていって、ついに獲得したものにほかならなかった」。したがって、戦後の斎藤の回想によれば、小磯声明後の独立運動は、「日本占領下にあったとは云え、最早日本の政治力の握力より超脱し、独自の軌道を走駆していたと観るべき」ものとなっていたのである。ただし、斎藤の述懐した当時の状況では、インドネシア独立への日本の公的関与が明らかになれば天皇制の存続にまで累が及ぶ虞があったことを念頭に置く必要もある。
10月2日、第5師団は「太原攻略」の命令を北支那方面軍より受領した。このとき、第5師団の歩兵第9旅団は国崎支隊として上海方面へ転出するため保定へ向かっており（歩兵第11連隊は保定到着後に鉄道で大同へ輸送され師団に復帰）、師団指揮下にある歩兵戦力は歩兵第21旅団だけだった。10月3日、整備を終えた歩兵第21旅団は大営鎮を出発、6日代県に集結した。10月4日、関東軍の諸部隊（混成第15旅団、堤支隊）が第5師団の指揮下に入り、10月7日には萱嶋支隊が同師団に配属された。当時、板垣師団長指揮下の兵力は、歩兵約16個大隊で、火砲は山砲21門、野砲44門、十糎榴弾砲20門、十五糎榴弾砲8門、十五糎加農砲2門の計95門だった。独立混成第1旅団所属の村井戦車隊は原平鎮への進出を命じられ、10月2日に長城を突破し寧武を占領した。10月4日、混成第2旅団は崞県を、混成第15旅団は原平鎮を攻撃し、8日に崞県、10日に原平鎮をそれぞれ占領した。村井戦車隊は原平鎮や後の忻口鎮（現在の忻州市忻府区高城郷忻口村付近）の戦いに参加したが、中国軍が対戦車砲（3.7 cm PaK 36）を使用し始め、地形上の問題や、配属先の第5師団が機械化部隊の運用に無理解であったこともあり、4人の中隊長のうち2人が戦死、1人が重傷を負うという損害を受けた。中国軍は、太原防衛のため約8万人の兵力（日本軍の判断では約14個師）を忻口鎮に集結させた。忻口鎮は太原の北の門戸として、険しい地形を利用し堅固な防御陣地が設けられていた。河北省から第14集団軍（4個師半）を率いてきた衛立煌はこの防衛戦で前敵総指揮を執った。正面を第14集団軍が防御し、右翼の第18集団軍は五台山に依拠して日本軍の後方線襲撃を担当、左翼の第6集団軍は同蒲線西側を防御した。10月13日、日本軍は、混成第15旅団・堤支隊を右翼隊、第5師団主力が左翼隊として忻口鎮陣地への攻撃を開始した。しかし戦況は進展を見せず、ついに膠着状態に陥った。国崎支隊に所属する歩兵第11連隊は、保定に向かう途中で急遽支隊を離れて引き返し、列車で北平・大同を経由して10月17日に第5師団に復帰した。また、10月22日には萱島支隊も戦場に到着し24日から攻撃を再興したが、第一線陣地を若干突破したのみで再び膠着状態となってしまった。北支那方面軍は余裕の無い戦力の中から、さらに独立歩兵第1連隊などの兵力を第5師団方面へ差し向けた。忻口鎮の戦いは、11月3日に中国軍が総退却するまでの3週間にわたって繰り広げられ、山西省で最大の激戦となった。この戦いでの第5師団（混成第15旅団などの配属部隊を含む）の戦死者は1,651人、負傷者4,594人だった。第21旅団長・三浦敏事少将の負傷後送をはじめ、大隊長・中隊長以下の将校の損害も甚大であった。