抗日戰爭爆發前後，1936年7月11日，德奧簽訂秘密協定，德國基本上控製了奧地利的內政和外交；次年11月6日，意大利參加了德、日《反共產國際協定》，三國正式結成法西斯侵略集團。1938年9月29日，德、意、英、法四國在德國南部重鎮慕尼黑開會，簽署了《慕尼黑協定》。
1937年7月底，日軍占領北平、天津後，進一步擴大對中國的侵略，準備南奪上海，北占太原。因此，在淞滬會戰期間，日軍又向太原發動了進攻。太原會戰就是中國軍隊在華北為抵抗日本侵略者侵占太原而發動的一次大規模戰役。
8月，為在華北展開大規模進攻，日軍8個師團組成了以寺內壽一為司令官的“華北方麵軍”。9月13日，日軍占領大同，並繼續向南進發。中國第二戰區司令長官閻錫山急忙命令部隊嚴守內長城各關隘。日軍占領大同後，又相繼占領了蔚縣、靈邱等地，向平型關進發。22日，日軍向平型關發動進攻。中國守軍協同作戰，向日軍發起了猛烈的反擊，給日軍以沉重打擊。24日，應第二戰區的要求，八路軍第115師埋伏在平型關東北公路兩側高地。次日，當日軍進入伏擊地區時，115師突然發起強攻，將日軍分割包圍。經過半天的激烈戰鬥，殲敵1000多人，並繳獲了大量軍用物資。八路軍平型關大捷是全麵抗戰以來中國軍隊取得的首次勝利，沉重打擊了日本侵略者的囂張氣焰，鼓舞了士氣。
平型關戰役之後，日軍又增強兵力，相繼向崞縣、原平發動進攻。這兩處中國守軍奮力抵抗，經過10多天的激戰，未能阻止日軍的攻擊，崞縣、原平被日軍占領。原平失守後，忻口失去前沿重鎮，處於敵軍的威脅之下。麵對日軍對忻口的進攻，中國第二戰區副司令長官衛立粕率領約13萬人在忻口以北阻擊日軍。衛立煌將所部分為左、中、右3個兵團，在正麵形成了一個嚴密的防禦體係，與日軍對峙。
日軍在飛機、坦克和大炮的掩護下，於10月13日向忻口發動了大規模進攻。最，日軍憑借先進的武器，衝破陣地，中國軍隊傷亡甚重。後中國軍隊拚死反擊，全殲了衝入陣地的日軍，奪回陣地。後日軍又用猛烈的炮火展展開進攻，中國守軍則通過挖掘抗道接近日軍，與之展開肉搏戰，迫其後退。如此反複幾次，中國軍隊殲滅大量日軍，給對方以沉重打擊。結果，經過10多天的激戰，中國軍隊在中央戰場有力阻止了日軍的前進，但也未能突破日軍的陣地，雙方處於相持狀態。
10月10日，另一路從河北來的日軍攻占了石家莊。接著，沿正太路西進。由於日軍在忻口受阻，因此日軍統帥部命令正太路日軍急進，蔣介石連忙派遣約6萬人增援。13日，日軍進攻娘子關，中國軍隊奮力阻止，雙方展開激戰。由於娘子關地勢險要，易守難攻，日軍傷亡慘重，久攻不下。19日，日軍一部從正麵進攻，另一部卻迂回到了中國守軍右側，企圖從右側背襲擊中國守軍。這時，劉伯已經率部抵達，狠狠打擊了企圖襲擊中國軍隊的日軍。然而，由於國民黨指揮官沒有聽取劉伯承的建議，致使日軍一部於26日從石門口迂回到主陣地右側，直指平定，駐守娘子關的國民黨軍隊怕日軍斷其後路，便主動撤退，娘子關很快被日軍攻占。此後，日軍一路西進，向太原進逼。第2戰區為避免忻口中國寧軍腹北援受敵，於11月1日令忻口部隊撤退。11月2日夜，忻口中國守軍撤離陣地。3日，忻口日軍得以向南前進。7日，兩路日軍在太原城外會合，太原已處於日軍的夾擊之中。
11月8日，日軍動用猛烈炮火向太原發動進攻。太原城牆很快就被炸開多處缺口，日軍衝入城內。中國守軍奮起反擊，與日軍展開了激烈的巷戰，並殲滅大量入城的日軍。但隨著日軍大量援軍的到來，太原城已很難守住。傅作義見此，便下令撤退，太原遂陷落。太原會戰以中國的失敗而告終。
太原會戰結束後，以國民黨為主體的正麵戰爭已基本結束，以共產黨為主體的遊擊戰爭開始占據主要地位。