1937年7月7日盧溝橋事變後，中國共產黨從民族大義出發，與國民黨再次合作抗擊外侮。8月，中共中央在陝北洛川召開政治局擴大會議，毛澤東主席作出了《關於目前形勢與黨的任務的決定》，製定了《抗日救國十大綱領》。會議指出爭取抗戰勝利的關鍵是實行全麵的全民族的抗戰路線和艱苦的持久戰。會議要求中國共產黨及所領導的一切武裝力量應站在抗戰的最前列，堅持抗日戰爭中的無產階級領導權，成為全國抗戰的核心。8月22日國民政府軍事委員會正式宣布紅軍改編為國民革命軍第八路軍（9月11日改稱第18集團軍），並同意設總指揮部，下轄3個師，每師定員為1.5萬人。8月25日中共中央軍委發布命令，將中國工農紅軍第1、第2、第4方麵軍和陝北工農紅軍改編為國民革命軍第八路軍。隨後，八路軍主力在朱德、彭德懷率領下東渡黃河，相繼挺進山西抗日前線。
戰爭初期，日軍僅使用少量兵力，在極短時間內就輕易地占領了華北的重要軍事、政治、經濟中心平津地區，日本大多數軍政要人由此更加輕視中國的抗戰能力與決心。1937年8月5日，日本參謀本部決定進行華北會戰。日軍認為，如果控製了素有“華北屋脊”之稱的山西，就掌握了整個華北戰場的主動權。於是，日軍在華北戰場上實施的攻擊戰略中，突破華北西部山地、搶占山西就成了重中之重。日軍妄圖“1個月拿下山西全省，3個月滅亡全中國”。
1937年9月中旬，沿平綏路西進的侵華日軍占領大同後，分兵兩路向雁門關、平型關一線進攻，企圖進逼太原。為了配合友軍作戰，阻擋日軍的攻勢，八路軍第115師在師長林彪、副師長聶榮臻指揮下，奉命開抵平型關地區等待來犯之敵。9月25日，日軍第5師團（板垣師團）第21旅後續部隊全部進入設伏地域，八路軍預伏部隊居高臨下，迅速向敵發起猛烈攻擊，頓時打亂了日軍的指揮係統，敵軍的車輛自相碰撞，人仰馬翻，亂成一團。八路軍戰士對敵實行分割圍殲，雙方展開了短兵相接的白刃肉搏戰。經過1天的激戰，八路軍取得了平型關戰役的勝利,共擊斃日軍1000餘人，擊毀汽車100餘輛，馬車200餘輛，繳獲步槍1000餘支，機槍20餘挺，火炮1門，以及大批軍用物資，取得了全國抗戰開始以來中國軍隊的第一個大勝利。
1937年10月，日軍繼續向南進犯太原。為配合國民黨軍在忻口的防禦作戰，八路軍120師第358旅第716團奉命深入日軍側後,在代縣的廣武、雁門關、太和嶺間，破襲大同經代縣、忻口到太原的公路，打擊日軍運輸隊，截斷日軍補給線。兩次伏擊戰共斃傷日軍500餘人,擊毀汽車30餘輛，一度切斷繁峙至忻口間的交通，配合了國民黨軍的忻口防禦作戰。雁門關伏擊戰首戰告捷，打破了“日軍不可戰勝”的神話。戰爭既鍛煉了部隊，振奮了民族精神，又用敵人的武器裝備了自己。
1937年10月上旬，日軍突破山西省北部國民黨軍防線，侵占代縣、崞縣(今原平市崞陽鎮)後，繼續南犯。國民黨軍退守忻口(今忻州市北)一帶，阻止日軍進攻太原。為配合國民黨軍作戰，八路軍第129師第385旅第769團奉命在代縣、崞縣以東地區,執行側擊南犯日軍後方的任務。該團進至滹沱河南岸，發現日軍飛機不斷由滹沱河北岸的陽明堡前線機場起飛，轟炸忻口國民黨軍陣地。陳錫聯團長決心夜襲陽明堡機場。10月19日夜發起戰鬥，經過1個小時的激戰，第769團以傷亡30餘人的代價,殲滅日軍100餘人，毀傷日軍飛機24架，支援了國民黨軍的忻口防禦作戰。
忻口戰役是中國軍隊在晉北抗擊日本侵略軍的一次大規模的戰役。戰役從1937年10月13日至11月2日，曆時21天。參加作戰的部隊有閻錫山的晉綏軍、國民黨的中央軍和中國共產黨領導的八路軍。這次戰役是由第2戰區指揮實施的太原會戰的中心戰役。該戰役創殲敵逾萬的記錄，是國共兩黨團結合作、在軍事上相互配合的一次成功範例。