而东线的第52集团军也立即动员起来，积极向宣化一线调动部队，准备向京津地区的日伪军发动佯攻。南线的第40集团军抽调一师一旅组成南下部队增援太原。
至此，从兴和到巴彦淖尔如此长的内防线，第八战区只有区区不到两个师的兵力驻守，一旦第40集团军和第52集团军的防线被日军攻破，那后果不堪设想，这对于一向用兵很是谨慎的陈锋可谓是一次挑战。
然而令陈锋郁闷的是，还没等他的援兵出发，太原的守军就垮了。由于时间紧急，傅作义的精锐部队第三十五军根本就没时间从吕梁调往太原，傅作义就任卫戍司令之后才发现他手下只有不到7个团的兵力，满打满算也就一个半师，而外面围城的部队却足足有五万余人，而且还有大量的技术兵种，例如重炮兵、坦克兵等。
仅仅两天的时间，太原城内的部队就伤亡了三分之一，大部分的城防设施遭到破坏，更重要的是，由于太原城收服的时间并不长，所以城内还有很多曾经为日军办过事情的汉奸没有甄别出来，现在却开始蠢蠢欲动了，真的是内忧外患，形势极其糟糕。
28日夜，日军向太原城内空降了一个大队的伞兵，同时城外数万大军也对太原城发动总攻，虽然经过一夜的苦战守军最终将日军击退了，空降进城的日军大部被歼，但是依然有一部分在城内潜伏了起来，还有一部分则是依托有利地形与守城部队激战。
这样的情况下，阎老西知道事不可为，守下去也只会徒增伤亡，更可能会把傅作义这个大将也搭进去。反正守军已经尽全力了，实在守不住也不能为太原城陪葬吧，最后阎锡山还是忍痛下达了突围的命令。太原这座大城被中国军队收复不到半年之后，再度被日军攻占。
日军攻占太原之后并没有停止进攻，华北方面军反而继续向太原方向增兵，方面军直属的第32师团经石门开向阳泉。
同时，第一军第20师团由清徐南下，兵锋直指太谷、平遥，第四师团和第3、4旅团则是在坦克装甲车以及飞机大炮的配合下向忻口一线扑来，另外日军第108师团一部从太原出发，一路向西进攻，兵锋直指吕梁。
在情报部队以及特战队的配合下，日军行动迅速果断，战术运用合理，很快各部皆有斩获。第二十师团连下太谷、祁县、平遥，兵锋直指榆社、武乡。而北方的部队也是进展顺利，忻口、静乐、定襄诸城连续沦陷，攻击势如破竹，极为强悍。一时间，二战区风雨飘摇，局势迅速恶化。
二战区的战报陆陆续续传来，这下陈锋也坐不住了，日军怎么一下子变得如此厉害。晋绥军的战斗力虽然不强，但是也不是泥巴糊的，将士们守土卫国从不曾胆怯过，因为这里是他们的山西，他们的家，日军多次进攻山西都未能将他们消灭就是证据。但是为何这次会败得如此之快如此之惨，这让陈锋颇为不解！