七七事变后，日军全面侵华，华北战局吃紧，山西成为日军觊觎的重要目标，太原会战就此爆发，这场会战是抗战初期华北战场上规模最大、战斗最激烈的一场战役，从1937年9月13日大同失守开始，到11月8日太原沦陷结束，历时近两个月。
日军以板垣征四郎的第五师团为主力，一路从察哈尔进犯山西，妄图迅速拿下太原，进而控制整个华北。在九月下旬，日军直逼平型关，八路军一一五师隐蔽设伏于平型关东北的乔沟一带，这里地形险要，是日军的必经之路，又在二十五日，日军进入伏击圈，一一五师居高临下，向日军发起猛烈攻击，经过一天激战，歼灭日军一千余人，击毁汽车一百余辆，取得平型关大捷，这是全面抗战爆发后中国军队的首次重大胜利，打破了"日军不可战胜"的神话，极大地鼓舞了全国军民的抗战信心。
平型关战斗后，日军调整部署，集结兵力向忻口进攻，忻口是太原的北大门，地势险要，为兵家必争之地，中国军队方面，由卫立煌担任前敌总指挥，调集重兵在此布防，之后，日军向忻口发起猛攻，中国军队依托有利地形，与日军展开殊死搏斗，双方展开激烈的阵地争夺战，忻口阵地多次易手，在战斗中，郝梦龄、刘家骐等将领亲临前线指挥，先后壮烈殉国，官兵们在爱国精神的感召下，前赴后继，顽强抵抗，八路军也积极配合忻口作战，一二零师在雁门关一带频繁袭击日军交通线，切断其补给，一二九师则夜袭阳明堡机场，烧毁日军飞机二十四架，极大地削弱了日军的空中力量，有力地支援了正面战场。
在忻口激战正酣时，日军另一路沿正太铁路西进，企图迂回包抄太原，娘子关成为保卫太原的重要屏障，国军队在这里进行了顽强抵抗，但由于指挥混乱、兵力分散等原因，娘子关最终于十月二十六日失守，日军**，太原陷入腹背受敌的困境，十一月二日，忻口中国守军奉命撤退，再之后，日军进抵太原城下。傅作义率部坚守太原城，但由于兵力悬殊和日军的猛烈攻击，最终在十一月八日，太原沦陷，太原会战落下帷幕，太原会战虽然以中国军队的失利告终，但中国军队在会战中表现出的顽强抵抗精神和爱国情怀，给日军以沉重打击，消耗了日军的有生力量，迟滞了日军的进攻步伐。会战中，国共两党军队密切配合，共同抗日，为全国抗战树立了典范，也为日后的持久战积累了宝贵经验。
总之，太原会战是抗战初期华北重要战役，尤其是平型关一役，八路军一一五师伏击日军，首战告捷，极大鼓舞了全国士气，这场会战虽失利，但意义深，中国军队顽强御敌，大量杀伤日军有生力量，迟滞其进攻节奏。国共携手，正面战场与敌后战场相互呼应，为抗战积累宝贵经验，彰显出中华民族不屈的抗战意志，激励着全国人民投身抗日救亡运动，为最终胜利奠定基础。同时，太原会战也被后世认为是抗战初期华北战场上规模最大、战斗最激烈、持续时间最久、战绩最显著的会战之一，也是国共两党合作抗日配合较好的一次会战。