呼聲下，他感到“不抗日沒法向老蔣交待，老百姓和共產黨也不答應”!本著“一切為了存在”的處世原則，閻錫山終於選定了“聯共抗日”的策略。也正是利用這個有利時機，中國共產黨領導的工農紅軍緊急改編為八路軍開赴山西抗日前線。
平型關戰役是國民黨第二戰區擬定的“太原會戰”計劃的一部分，是抗日戰爭全麵爆發後，在山西境內的第一次大規模的對日戰鬥。八路軍和國民黨中央軍、晉綏軍先後投入8個軍近10萬人，曆時19天，在長達百餘裏的長城線上進行了大規模的抗擊日軍的戰役。平型關戰役，是抗日戰爭國共合作、共同禦敵的一次成功範例。
麵對日軍對山西大舉進攻，國民黨軍隊進行了層層阻擊。天鎮、高陽、盤內阻擊戰相繼失利，9月12日廣靈前哨戰揭開了平型關戰役的序幕。當天上午，日軍向山西門戶、河北蔚縣暖泉鎮進攻。晉綏軍擔任警戒的一個連拚死抵抗，全部陣亡。第33軍軍長孫楚令第73師師長劉奉濱星夜馳援。9月13日在蔚縣東石門一線，近千名日軍借炮火掩護向我軍發起猛攻。營長張見勇率部猛烈還擊，並奮不顧身衝出戰壕與敵拚殺，陣地失而複得4次，張營長和一名連長陣亡。在緊急關頭，團長呂超然親率預備隊1個連進行反擊，不幸頭部中彈犧牲。陣地上官兵見團長陣亡，怒不可遏，勇猛拚殺，斃敵百餘名。由於敵人火力過猛，該團有千餘名官兵陣亡。此時師長劉奉濱正在前線督戰，為奪回陣地，他親率4個步兵連組成的奮勇隊，揮著大刀片衝向敵人，他們前赴後繼，縱橫砍殺，劉師長受傷4處仍不下火線。奮勇隊死傷過半，4名連長有3名陣亡，有的士兵被敵人撲倒後，拉響了身上的手榴彈……在火燒嶺陣地，中國守軍殲敵200餘人後轉入團城口防禦……在靈丘北山防禦中，我守軍陣亡營長1名，連長2名，以傷亡500餘人的代價斃敵400餘人。
9月21日，日軍向平型關晉綏軍獨8旅發起進攻，我守軍居高臨下給予迎頭痛擊。敵人用成排大炮向我轟擊，又出動飛機百架，每30架一組輪番轟炸，並用坦克掩護步兵衝擊。守軍用一個營兵力組成刺殺隊出擊迎敵，在山坡上展開了白刃戰。陣地經反複爭奪，敵遺屍累累。守軍傷亡巨大，三個團損失了一個團。623團1營500多人，隻剩下148人，其中第l連、第2連全部陣亡。
防禦團城口的中央軍84師，9月20日由火燒嶺阻擊日軍後撤到該地。9月22日，日軍粟飯聯隊(一個聯隊相當一個團)在飛機大炮和坦克掩護下發起猛攻。502團團長艾捷三親率步兵1連衝上前沿，以手榴彈猛砸敵人。艾團長腹部中彈，營長李榮光犧牲，戰鬥十分激烈，日軍曾一度占領團城日周圍的製高點，對團城口乃至平型關防線構成極大威脅。戰區司令閻錫山聞訊大驚，命令懸賞萬元迅速奪回高地。501團團長呂曉韜從全團挑選了50名精壯士兵組成奮勇隊進行反擊。麵對萬元賞金，奮勇隊員們毫無興趣，隊員們大聲說：“團長，打仗就是拚命，命都不要了，誰還在乎那一萬兩萬的賞金!要是‘光榮’了，記住我們的名字就行了。”在呂團長的指揮下，奮勇隊衝上陣地與敵人殊死肉搏，以陣亡十幾名士兵的代價奪回了高地。22日夜，日軍一個旅團(一個旅團相當一個師)在40輛坦克和裝甲車掩護下向平型關、團城口猛攻。國民黨獨8旅、第84師出擊應戰將其擊退。23日、24日日軍加強攻勢，我守軍奮力拒敵，有時為爭奪一個製高點，雙方肉搏多次，戰況慘烈。第17軍軍長高桂滋鑒於側後受敵，多次向閻錫山求援無果，隻得下令撤退。25日淩晨，日軍占領了團城口、鷂子澗、東跑池一線，將平型關防線撕開了一條2公裏的口子，這也給我八路軍115師25日的平型關戰鬥製造了很大的麻煩。