太原会战包括有：天镇战役、平型关战役、忻口战役、娘子关战役、太原保卫战。1937年(民国二十六年)10月至11月，在抗日战争中，中国第2战区部队同日军华北方面军在山西省北部、东部和中部地区进行的大规模的战略性防御战役。
南口张家口战役后，日本关东军察哈尔派遣兵团独立混成第1旅团一部共1500余人于1937年9月13日占领山西大同，立即以一部向丰镇(今属内蒙古)进攻，主力向雁北地区进攻。日军第5师团从河北宣化、新保安西下，连陷广灵、灵丘、浑源等晋东北城镇。9月下旬，日军统帅部命板垣征四郎率第5师团及察哈尔派遣兵团主力共5万余人进攻山西内长城防线，企图向太原城发展进攻。中国第二战区司令长官阎锡山指挥所部退守内长城的平型关、雁门关、神池一线。以第6集团军总司令杨爱源为右地区总司令，指挥3个军防守平型关东西一线;以第7集团军总司令傅作义为左地区总司令，指挥4个军防守雁门关东西一线;以第71、第72师为预备军，位于繁峙;令第18集团军(八路军)朱德总司令以第115、第120、第129师分别驰援平型关、雁门关、五台山配合作战。
天镇战役
战斗从9月3日打响，日军1500多人开始进攻国民党第61军第425团驻守的外围前沿阵地。“从城外传来的枪炮声一直不断。大人孩子都不敢出门，躲在家里。但房子被震得一直在抖，不断往下掉土。”侯存祥回忆道。
9月4日，日军集结重兵，对李家寨、罗家山等外围主阵地展开全面围攻，守军遭到敌机低空轰炸和扫射，并遭重炮轰击，阵地几乎被夷为平地。尽管如此，守军仍殊死抵抗，顽强守住了阵地，敌我双方都死伤惨重，其中426团和401团分别在大桥和红石牙山阵地各歼敌200多人。侯存祥说，他看见晋绥军伤兵被不断地运回城内，他姑姑家就有伤兵安置。“大概是缺医少药的缘故，伤兵们都疼得大喊大叫。”
9月5日、6日，日军动用飞机、坦克、大炮、装甲车和步骑兵3000多人开始进攻天镇主阵地。进攻中，除了飞机轮番轰炸外，残忍的日军竟然使用了毒气弹。驻守盘山的400团奋起抵抗，终因寡不敌众，弹尽粮绝，全团伤亡800多人，后被日军突破阵地。7日夜，第61军军长李服膺下令全线后撤，天镇城只留399团死守。9月8日，日军开始进攻天镇城。日军为探明虚实，先派了10人的小队人马在东城门外袭扰，被399团派到城外的侦察小组全部歼灭。于是，敌军改变战术，先派飞机进行轰炸，然后在重炮和毒气弹的掩护下，派坦克和装甲车轮番冲击。几番冲击，均被守军击退。当时，紧靠北城门居住的侯存祥和老乡们都藏在“隐蔽部(防空设施)”内，探出头就能看见“贴着膏药”的日本飞机在扔炸弹。虽然只剩一团孤守，但守军仍然士气高昂。在战斗间隙，城内百姓能清晰地听到有激励士气的歌声从城墙上的驻军阵地传来。
日军连攻三天三夜，每日从晨至晚，不断进攻，阵前遗尸无数。十里边城，烟火遮天蔽日，喊杀声、枪炮声、飞机轰鸣声日夜不绝。眼看进攻不能奏效，日军开始绕过天镇进攻阳高。
9月9日，阳高失守。日军复折回围攻天镇。后路被截，军长李服膺下令退出天镇。命令一到，已杀红眼的399团将士无不跺足捶胸，不愿弃城后撤。当时8岁的侯存祥清楚地记得，驻在他家院内的士兵曾为此失声痛哭。无奈军令如山，11日夜，守军从西门含恨撤出，并将平绥路各桥梁全部炸毁。12日，天镇陷落，晋北屏障顿失。
平型关战
平型关伏击战
9月21日，日军第5师团第21旅团先以两个步兵大队从浑源翻越高山南下，袭击守军第17军侧背，23日占领团城口;再以第21旅由灵丘南进，从正面进攻平型关，遭国民党军第33军第73师抗击，24日又增兵猛攻。第35军军长傅作义率预备军2个师增援，日军攻击受挫。八路军第115师在师长林彪、副师长聂荣臻率领下，奉命以一部袭击灵丘、涞源敌后，以主力第685、第686、第687团三个团于灵丘县东河南镇平型关东北公路两侧山地有利地形伏击日军。9月25日，第5师团第21旅团第42联队一部和大批辎重车辆由灵丘向平型关前进，在预伏地区被歼千余人，汽车被毁百余辆(见平型关战斗)。察哈尔派遣兵团以混成第15、第2旅团东进策应，27日进击茹越口，守军第34军第203旅坚决抵抗，旅长梁鉴堂阵亡，次日茹越口陷落。察哈尔派遣兵团进占繁峙，威胁平型关侧背。30日夜，平型关守军奉命撤向五台山。日军遂陷平型关，西进至代县。
忻口会战
阎锡山下令将所部撤向忻口组织防御。忻口右托五台山，左倚云中山，地势险要，是晋北通向太原的门户。10月1日，日军统帅部命令板垣征四郎率第5师团和察哈尔派遣兵团进攻太原。同一天，国民政府军事委员会下令调第14集团军(卫立煌部)至忻口与日军会战。阎锡山部署第14集团军及配属部队共8个军为中央集团军，由卫立煌指挥，在忻口正面组织防御;第18集团军(欠第120师)及第101、第73师、新编第2师为右集团军，由朱德指挥，在滹沱河南岸罗圈沟、峨口占领阵地，并以一部挺进敌后，威胁日军左翼;第6集团军2个师1个旅及第120师为左集团军，由杨爱源指挥，在黑峪、阳方口占领阵地，并以一部挺进敌后，威胁日军右翼;第34、第35军为预备集团军，由傅作义指挥，控制于定襄、忻县地区。10月2日，日军察哈尔派遣兵团混成第2旅团从代县向崞县(今崞阳镇)进攻，第19军坚守一周，9日崞县陷落;混成第15旅4日绕过崞县进攻原平，第34军第196旅旅长姜玉贞率官兵与敌肉搏，伤亡殆尽。日军12日攻占原平，进逼忻口。12日，卫立煌调整部署：以郝梦龄指挥第9、第19、第61、第35军组成中央兵团，守备忻口山岭及其左侧川道;以李默庵指挥第14军和第71、第66师等组成左翼兵团，控制云中山;以刘茂恩指挥第33、第17、第15军组成右翼兵团，控制五台山。部队展开于忻口以北龙王堂、南怀化、大白水、南峪一线。10月13日，板垣指挥5万日军向忻口进攻，以第5师团为左翼，主攻南怀化;以混成第15旅团、堤支队(相当于大队)为右翼，进攻大白水;以混成第2旅团、大泉支队(相当于大队)担任内长城二线守备。第5师团集中飞机30余架、重炮40余门、战车50余辆掩护步兵猛攻;中央兵团据险扼守，士气旺盛，炮火猛烈，忻口岭连日鏖战，南怀化阵地几失几得，战况惨烈。10月16日，中央兵团实施反击，争夺南怀化高地，第9军军长郝梦龄、第54师师长刘家骐、独立第5旅旅长郑廷珍奋勇督战，以身殉国，相继由第61军军长陈长捷、第19军军长王靖国接任中央兵团总指挥，始终坚守忻口阵地。
其间，八路军相继在灵丘、广灵、蔚县、平型关、宁武、雁门关袭击日军后方，配合忻口正面作战。19日夜，第129师第769团夜袭阳明堡机场，毁日机24架。日军在忻口伤亡2万余人，作战不利，日华北方面军于22、27和29日先后增调3个联队驰援，始终攻不下南怀化，乃转攻大白水。忻口会战正酣，晋东娘子关失守，日军西进威逼太原。11月2日，忻口守军奉命退守太原。
娘子关战
娘子关防御战
国民政府军事委员会令第一战区部队一部转入晋东娘子关地区组织防御，正面为第17、第30师，左翼为第14军团，右翼为第3军，由第二战区副司令长官黄绍竑负责指挥。10月11日，日军第20师团占领井陉，以一部攻娘子关正面，主力绕道于13日攻陷旧关。阎锡山急令增援晋北之孙连仲率第26路军回援娘子关，组织多次反攻，歼日军一部，但未夺回旧关。21日，日军第20师团师团长川岸文三郎得第109师团一部增援，继续在航空兵支援下正面进攻娘子关，掩护第20师团左右两个突击队向南运动。第20师团辎重部队行经七亘村，先后两次遭八路军第129师伏击。26日，日军左突击队约4个大队经测鱼镇南侧突破第3军防线，绕到娘子关和新关侧后。娘子关守军是日全线撤退，日军沿正太铁路(石家庄-太原)向西追击，并击退川军第41军的阻击，11月2日占寿阳。日军迅速逼近榆次，危及太原。4日和7日，日军第20师团直属队在广阳山地又遭八路军第115、第129师各一部的伏击。
太原保卫战
11月4日，阎锡山任命傅作义为太原城防司令，卫立煌为第二战区前敌总司令，决心以忻口撤退的部队占领太原北郊阵地，以娘子关退下的部队防守太原东郊，以刚增援的第13军推进榆次待机夹击日军，以第35军等残损的7个旅担负城防。然而两线撤退的部队尚立足未稳，日军即跟踪而至，部队秩序混乱。5日东路日军占榆次，6日北路日军进抵太原城垣，7日两面日军协力攻城。战至当晚，守城官兵仅存2000余人。8日夜日军突破城垣，傅作义率第35军突围，9日太原沦陷。
是役，日军参战总兵力约合4个半师团共14万人，伤亡近3万人;中国军队参战总兵力6个集团军计52个师(旅)共28万余人，伤亡10万人以上。八路军在会战中有力地配合友军作战，平型关伏击战打破了"日军不可战胜"的神话。忻口会战大量消耗日军有生力量，牵制了日军沿平汉铁路(今北京-汉口)南下的作战行动。惟娘子关方面防范疏漏，被日军乘虚而入，致会战失败。