1937年的忻口战役是整个抗日战争时期中国军队在华北地区进行的最大规模的阵地攻防战役，历时21天，参加作战的部队有晋绥军、中央军和刚刚改编完毕的八路军，是国共两党第二次合作后，游击战、阵地战配合作战最为成功的一次战役。此次战役中，中国军队让日军板垣师团顿足于忻口21天寸步难进，自己也付出了伤亡10万余人的巨大代价。
忻口是五台山、云中山两山峡谷中的一个隘口，易守难攻，是日军进入晋中的交通要道，也是中国军队阻击日军最理想的防御阵地。1937年10月2日，蒋介石致电阎锡山：“仍盼策励各军，继续杀敌，以争最后胜利。”当天，卫立煌被任命为前敌总指挥，率领第14集团军增援山西战场，同时负责指挥即将开始的忻口战役。
当时中日两军的实力对比是：中国参战的有6个集团军20万余兵力，飞机30架;日军共7万余人，动用坦克150辆、大炮350门、飞机300架。尽管中国军队人数占优，但当时国内对于山西战场的情绪却是一片悲观——抗战初期的日军装备完整，兵员素质极高，常常以一个大队(营)对战国军一个旅，在这样的实力对比之下，不由得让人怀疑忻口到底能否守住。
10月6日，毛主席电令八路军将士配合山西正面战场。为了显示诚意，阎锡山也特地将晋绥军10个团的兵力交由八路军统一指挥。与此同时，在日军板垣师团抵达忻口之前，卫立煌第14集团军在忻口以北集结完毕，晋绥军主力也都按时抵达指定区域。20万中央军、晋绥军和八路军，初次携手迎敌。在云中山和五台山之间的云中河河谷，来自五湖四海的中国士兵们高喊着“有日本人就没有咱们，有咱们就没有日本人!”的壮言，组成了一条绵延50里长的防线。
10月11日，日军占领原平后南下，沿同蒲路左侧向忻口猛攻，忻口危在旦夕!日第5师团集中全部精锐，以飞机、大炮、坦克组成的密集火网倾全力向忻口主阵地猛攻。面对强敌，中国守军宁死不退，双方多次展开白刃肉搏，战况异常惨烈，仅中央阵地南怀化村东北方向的204高地就曾反复易手13次，白天时鬼子靠飞机大炮的压制夺得阵地，晚上国军将士便依靠夜色掩护摸上去与鬼子展开肉搏战，再把阵地抢回来。一个团的战士打没了就再上一个团，在战斗最激烈的十个小时里，上了阵地的中国士兵没有一个能活着下战场。
正是因为在这里遭遇了中国守军异常顽强的抵抗，战役结束后日军便对南怀化村进行了报复性的屠杀，在战役开始之前这个村里有二百多户人家1000多口人，战役结束后除逃出村子避难的200余人外，其余村民全被杀光，时至今日，南怀化村的村民们代代繁衍，却再也未能达到战时的千余人口。
其他阵地上的战斗激烈程度也丝毫不逊于南怀化村。在忻口战役战斗最激烈的一天里，从拂晓至黄昏，中国军队共损失了11个团，平均一个小时牺牲一个团!中国守军的阵地上，到处都是燃烧弹引发的熊熊大火。后来有亲历者提到燃烧弹的厉害：“把整个人都要烧光，有的战友穿两套军衣，烧得一塌糊涂。那是山区，没有水，你要灭火就只能在地上打滚，火灭了，不过全身都是泡。”
从1937年10月13日～11月2日，包括八路军在内的中国军队在忻口战役中坚守阵地长达20多天，有力阻击了日军的南进计划，大量消耗了日军的有生力量和物资装备。中国军队以伤亡10万余人的代价，歼灭日军2万余人，创华北战场歼敌之最新纪录。11月2日，因为东线娘子关失守，日军迫进太原，北线死守已无必要，中国守军含恨撤出忻口阵地，11月9日，太原沦陷。
几十年后，有忻口村的村民提起过这样一件往事：1970年山西大旱，关子村村民们引穿村而过的云中河水上山，因为水管漏水，无意间把山上的黄土冲出一道深沟，冲开的土地里全是白骨，一层一层的，“那场面特让人 震撼，亲眼看到，会让你觉着中国人打日本鬼子，特有骨气。”