官处处长把所有随行人员领到太原一家大服装店，送给每人一套呢军服和一双皮马靴。卫在太原还见到周恩来和朱德总司令。当周恩来向他介绍第一一五师在平型关伏击板垣师团，消灭日军一千多人的重大胜利时，卫当即向八路军祝贺，并用电话通知在西安的办事处负责人吴海德，购置上万元的慰问品送给八路军。十月上旬，南京军委会发表卫立煌为第二战区前敌总指挥，统辖晋北全部中央军和晋绥军，在忻口阻住日军进攻。
忻口是挡住日军由北入侵太原的战略要地。向忻口正面进攻的日军，除板垣师团三个联队外，还有伪蒙军的两个师，总兵力约二万人，并附有各种火炮百余门。卫立煌指挥的部队为第十四集团军、河南地方军刘茂恩的第十五军、晋军陈长捷的三个师、晋军骑兵五十团、炮兵六个团，总兵力二十余万人。卫立煌接与阎锡山、朱德总司令研究了作战方案，决定以第十四集团军主力作为机动力量，以李默庵的第十四军、郝梦龄的第九军、刘茂恩的第十五军为基干，编为左、中、右三路兵团，分别在忻口以北的龙正堂、南怀化、大白水，南峪之线布防，阻击日军，进行忻口战役。
十月十三日，日军三个师团和特种部队在飞机、战车和重炮的掩护下，对忻口发动猛攻。卫立煌指挥守军奋勇抵抗，几经激战，南怀化以南的灵山制高点被敌攻占，整个防线被打开了一个缺口。卫立煌闻讯，立即前往察看，严令李仙洲师实施反击，收复失地。但李部反击失利，李仙洲重伤而归。此时，卫立煌计算自己的兵力，还有六个步兵师和两个骑兵旅可以机动，决定用第十四集团军郝梦龄军和陈长捷军进行一次决定性的反击，歼灭板垣师团，夺回南怀化要地。但是这次反击遭到敌人的逆袭，双方展开了肉搏战，灵山得而复失，失了又得。在这场激烈的混战中，第九军军长郝梦龄、第五十四师师长刘家麒、独五旅长郑廷祯同时殉国，官兵伤亡达数千人。卫立煌非常痛心，决定暂取守势，待进一步消耗敌人后，再由左翼发动攻势。忻口战役激战至三十一日，已历时二十天，日军始终未能突破卫部防线。当时任八路军政治部主任的任弼时曾评价说；“忻口战争是华北抗战中最激烈的战争”。“卫立煌将军指挥下的全线部队，虽遭受了重大伤亡，毫未动摇，许多忠勇将士的英勇奋斗，是值得每个同胞永远纪念的。”但就在卫立煌准备从左翼向板垣师团发动攻势的同时，从东面进攻太原的日军已突破娘子关，长驱直入，奔向太原。阎锡山在电话里向卫立煌求援说；“东面守不住啦！咱们的兵力都用上了，你看咋办?”卫告诉他；“守不住东面，一定要守住忻口与太原之间的通道，两片联系起来，棋才能活。”同时卫又考虑到，一旦敌人割断太原与忻口之间的联系就有被敌人各个击破的可能。于是十一月一日，他命令部队退出忻口阵地，向太原靠拢。
十一月五日深夜，阎锡山找卫立煌、傅作义研究保卫太原的防务问题。傅作义认为，卫部可到太原以南保护太原与晋南的通道。以形成犄角之势。卫立煌同意傅的意见，说：“北面与东面的日军共有五万余人，都是有作战经验的。宜生的意见是对的。”他还对阎说，由他指挥的几个晋军师可归还阎的建制。阎马上说：“不说这些了。散会，快行动。俊如，听说你在忻口经常冒险上前线，咱可赔不起你的命。”六日，卫部尚未来得及部署，日军第二十师团向南切断了太原与晋南的通路。八日，敌第五师团进攻太原。九日，太原即失守。卫立煌只好率部至介休、孝义一带筑工坚守，与敌对峙。
一九三八年二月中旬，卫立煌被任命为第二战区司令长官兼前敌总指挥，指挥山西境内的全部中央军。十六日，卫总部移往霍州，准备对付敌人新的行动。
这时，侵华日军华北最高司令香月清司集中了第一零八、第二十，第一零九，第十四，第十六师团，共约十万人，由太原南下，企图一举攻下山西南部。卫立煌认为敌人的战略是速战速决，中**队采用持久战，则是对日军的有效打击手段。中**队应主动阻击其由北南下的师团，争取时间，让兄弟部队转入太行、吕梁。中条山脉和敌后。于是，他与阎锡山，朱总司令研究确定，将阻击点选择在临汾北面的韩信岭。二月十七日，卫立煌指挥所属部队在太行山区的韩信岭一带展开，构筑工事，采取阵地战的办法，进行了继忻口之后的第二次阻击战。
卫立煌在韩信岭与日军恶战至二十六日，寸土不让。日军未能从正面突破，乃以第二十师团主力向韩信岭
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