内长城防线的编成
大同失守以后，阎锡山于九月十一日下令各军在桑干河南岸布防。十五日，阎将部队区分为左右两个地区。左地区部队为第六十一军、第三十四军、第十九军、第三十五军，傅作义为总司令；右地区部队为第三十三军、第十七军、第十五军，杨爱源为总司令，孙楚为副总司令；第十八集团军、第七十一师、第七十二师为预备军。原在绥东、察北地区的骑兵集团，这时，赵承绶军退至朔县、神池方面；门炳岳所部退至集宁方面和马占山的挺进军共同警戒绥东。日军第五师团占领阳原和蔚县后，继续以第二十一旅团向广灵进攻，并于九月十四日进占广灵，然后派四个大队分别向浑源和灵丘追击。
这时，日军华北方面军第一军从九月十四日起向保定地区展开进攻。十八日，华北方面军司令部决定，将处于平汉铁路线主攻方面右翼的第五师团参加保定方面作战，命令第五师团留精锐部队一部于山西省北部外，主力迅速经涞源进入保定地区作战。第五师团长坡垣征四郎遵照命令除令第九旅团于十九日占领涞源外，亲率一个联队留在蔚县，准备指挥主力向保定方面转移。这时发现中国军队在山西内长城线上布防，所以决定以一部兵力进入大营镇附近，保障师团主力向保定方面顺利转移。九月二十日，坂垣命令在广灵的步兵第二十一旅团长指挥第四十二联队第二大队和野炮兵一个大队向灵丘进攻。在灵丘前线阻敌的中国军队第七十三师被迫转移至龙泉寺、白咀子、一二八六高地至大西沟一线；独立第三旅退至灵丘以南山地。灵丘城即被日军占领。至此，日军已迫近内长城线。
当日军第五师团进攻广灵、灵丘，指向内长城线之际，阎锡山制订了一个把日军放进平型关以内加以围歼的决战计划。这个决战计划的方针是：拟诱敌深入至砂河以西地区，从恒山、五台山两方面发动钳击，并截断平型关要隘，歼灭敌军于滹沱河上游盆地里。据此，阎又按他的决战设想，再次调整军队部署，以实现他决战胜利的目的。在平型关正面，以第六集团军总司令杨爱源（由孙楚副总司令负实际指挥之责）指挥第三十三军、第十七军，布防于平型关、团城口南北线上，右起五台山东北，排列独立第三旅、第七十三师、独立第八旅迄平型关正面；北垣团城口，并列第十七军的第八十四师和第二十一师。以上部队首先凭险阻敌，然后主动向南转移，隐入五台山，为南机动兵团，待机出击。在北侧雁门山，以恒山、雁门山为屏障，除控制第十五军于恒山外，以第三十四军在北娄口、大小石口、茹越口之间布防，重点置于茹越口。以第十九军右连第三十四军，扼守五斗山、马兰口、虎峪口、水峪口至雁门关、阳方口间的一线阵地，重点置于代县、雁门关之间。第三十五军控制于阳明堡，对雁门关作重点策应。在砂河及繁峙城之间的决战地带，以独立第二○○旅残部在砂河镇东占领广大正面，对平型关方面侵入之敌，逐次抵抗，诱敌深入向繁峙城。以预备军在繁峙城的南北线上，以五台山的北台预、繁峙城垣、恒山顶为支撑点吸引敌人于主阵地前，以利于南、北机动兵团的夹击。第三十五军作为机动兵团在宁武集结，向代县东进，连同第十五军为北机动兵团，由傅作义指挥，从繁峙北翼展开。待二○○旅将敌诱至繁峙主阵地前时，南北机动兵团立即对敌发动围攻。第三十三军的八十五师和七十三师，抄击平型关，截断敌人后方联络。
阎锡山对以上计划部署十分得意，自诩为：“布好口袋阵，让敌人进得来，出不去。”他派高参前往平型关、团城口、恒山各方向孙楚、刘茂恩、高桂滋等传达指示。又把屡违节制，不肯力战的李服膺军长从砂河召到行营拘押起来，1传令各军，藉肃号令。
当时已经到达山西前线的第八路军副总指挥彭德怀，曾将阎锡山的上述决心报告了中共中央。毛泽东于九月二十一日给彭的电报中说：“阎锡山现在处于不打一仗则不能答复山西民众，要打一仗则毫无把握的矛盾中。他的这种矛盾是不能解决的。你估计放弃平型关，企图在砂河决战的决心是动摇的，这种估计是完全对的。他的部下全无决心，他的军队已失战斗力，也许在雁门关、平型关、砂河一带会被迫地举行决战，然而大势所趋，必难持久。”2这种分析与预见，实践证明是完全正确的。
平型关战斗
九月二十一日，日军第五师团第二十一旅团长三浦敏事少将率领第二十一联队第三大队和配属于该旅团的第十一联队第一大队，由灵丘出发，以大营镇为目标，沿灵丘到平型关的公路追击向后撤退的第七十三师部队。二十二日晨，该部日军在蔡家峪附近与正在破坏公路的新编第十一团一个营遭遇。该营与日军战斗半日，遭受严重伤亡后撤退。接着该部日军又与第八十四师派往蔡家峪地区的掩护部队一个营遭遇。日军将该营击溃后即向平型关进攻。在平型关阵地前，日军与守军独立第八旅六二三团前进阵地上警戒的一个连发生战斗。该连伤亡过半被日军击溃。当日夜，日军猛攻东西跑池南北侧各高地。守军六二三团二营第五、六两个连坚守阵地与优势日军战斗，经数度肉搏，阻止了日军的攻击。
进占浑源之日军第二十一旅团第二十一联队主力（欠第三大队）于二十一日经小道沟、西河村向大营西北地区进攻。二十二日，该部日军联队也加入了平型关方面的战斗。
二十三日晨，日军一部绕蔡家峪转攻团城口。第十七军之五○二团迎击敌人，阻止了敌人的攻击。该团团长在指挥战斗中重伤。日军随即以一部迂回东西跑池南北高地。独立第八旅在此防御的二个连全部殉国，该高地被日军占领。孙楚急令第十七军以二个团及第七十三师一部、独八旅一个团向敌反击。各反击部队与日军激战至下午一时，将敌击退，收复东西跑池及其附近高地。进攻团城口的日军也在当日下午四时停止了攻击。
同日，阎锡山计划用总预备队中之第七十一师附新编第二师共八个团的兵力，由公路以北地区向东西跑池、小寨间迂回，侧击日军之右侧背；并以第八路军之第—一五师由平型关东方山地夹击日军，断敌后路；以第七十二师和第三十五军两个旅为总预备队。由傅作义任出击总指挥。阎当时电第八路军总指挥朱德称：“我决歼灭平型关之敌，增加八团兵力明拂晓可到，希电林师夹击敌之侧背。”阎并电令第七十一师师长郭宗汾：“该师即时集结，于晚间速向大营东北地区前进，归孙副总司令指挥。”还电令第七十二师师长陈长捷：“该师迅速向砂河前进待命。”3这一出击计划原定在二十四日实施，但因部队开进行军疲劳，而改为二十五日。
二十四日晨，日军继续向平型关、东跑池、一八八六·四高地和讲堂村守军阵地猛攻。两军激战终日。第七十三师三九三团击毁日军坦克数辆。仅第十七军在当日战斗中伤亡即达千余人。
二十五日，第八路军第—一五师由平型关东北山地向日军侧后发起攻击。震惊中外的平型关大战胜利展开。
第一一五师作为第八路军的先头部队，于八月二十五日向陕西省三原以北地区出发，经韩城东渡黄河，至山西省侯马镇乘火车沿同蒲路北上，经太原到原平下车。三四三旅和独立团在师长林彪和旅长陈光率领下，经繁峙、大营，于九月十九日抵平型关东南的上寨、下关地区集结。师直属队和三四四旅在副师长聂荣臻和旅长徐海东率领下，在侯马登车后，因沿途洪水骤涨而迟到，原平下车后，经五台、龙泉关、龙王堂到达下关与先到的部队会合。该师按照阎锡山的命令，原准备在广灵、灵丘地区阻击日军，但因第三十三军和第十七军部队迅速败退到平型关地区，因而在阎锡山总的作战意图下，决定隐蔽集结于平型关以东地区。二十三日，该师接到二十五日出击计划后，便决定在平型关东北山地，侧面伏击向平型关正面进攻的日军。以三四三旅担任小寨村至老爷庙地区主要伏击任务；以三四四旅六八七团在东河南至韩家湾一线阻敌援军；以师属独立团和骑兵营前出到灵丘至涞源间活动，打击敌交通运输；以六八八团为师的预备队。
九月二十三日午前，师召开了连以上干部会议进行战斗动员。夜晚，部队由上寨、上关地区进至距平型关东南三十里之冉庄隐蔽集结。二十四日，营以上干部到前线侦察地形，并在连队中进一步战斗动员，作战前准备工作。二十四日夜，第一一五师主力按照预定计划冒雨向战地开进。二十五日拂晓前到达了平型关东北之公路右侧山地设伏。
在团城口地区防守的部队，连日在日军的攻击下，多次求援。当八路军第一一五师准备在平型关侧后出击时，孙楚严令第十七军坚持抵抗日军的攻击，以第七十一师出团城口出击，配合第一一五师歼灭敌人。但是第十七军军长高桂滋率所部于二十四日擅自放弃了团城口阵地，使日军占领了团城口、鹞子涧和东西跑池一带长城线上约二公里的地段。第七十一师奉令准备越过东西跑池线的第八十四师防御阵地，以关沟为目标，出击平型关敌后。该师部队于二十五日拂晓前通过涧头、迷回向前开进时，突然遭到已经占领团城口、鹞子涧的日军的猛烈的炮火袭击，引起部队一片混乱。拂晓后，日军居高临下、北从鹞子涧，南从东西跑池将第七十一师部队压迫在迷回、涧头一侧。此时，八路军一一五师已经展开向关沟、老爷庙、小寨地区的敌人的伏击，牵制了鹞子涧地区日军的行动，才使第七十一师部队在迷回、涧头间稳定下来。
在平型关东北山地的第一一五师部队，正在隐蔽设伏。
正好，日军第二十一旅团后续部队第二十一联队第三大队和辎重部队一部，沿公路向平型关前进，由于雨后道路泥泞，车行缓慢，队形拥挤。伏击部队待敌人完全进入伏击圈后，突然开火，发起冲击。六八五团五连和六八六团一连首先冲到公路上与敌展开白刃格斗。其他部队也迅速冲杀过去。骄横的敌人，遭到意外打击，不知所措。被击毁的汽车、马车充塞道路。日军行军纵队顿时混乱，兵力无法展开，进退维谷。慌乱的日军想凭借汽车、水沟和老爷庙有利地形进行抵抗。第一一五师各团第二梯队迅速越过公路夺占老爷庙等有利地形，将日军分割包围起来。此时敌机飞临战地上空支援其地面部队作战，但由于两军纠缰在一起展开近战肉搏，敌机无法发挥其作战效能。激战至午后，辛庄、老爷庙、小寨村一线山谷中的日军全部被一一五师消灭。随后一一五师部队继续向东西跑池之敌进攻，至晚，占领了东西跑池以北的一八八六·四高地和东跑池以南阵地。敌已陷入包围之中。
但由于第十七军的撤退和第七十一师被日军压迫在迷回、涧头之间，使一一五师与敌形成对峙状态。
在蔚县指挥作战的日军第五师团长坂垣征四郎，得知平型关方面第二十一旅团被围的情况后，急令当时在蔚县的第二十一旅团之第四十二联队（欠第二大队）增援。该联队于二十六日到达平型关，立即投入战斗。同时，由大同南下的关东军独立混成第二旅团之十川支队，经浑源增援，这时以平型关北侧团城口地区进入战斗，协助第二十一旅团作战。八路军第一一五师经过一昼夜作战，已十分疲劳，遂撤出战斗转移。
此后，日军与守军第七十一师和独立第八旅在一八八六·四高地一带展开激战。在当日下午四时后，敌我双方形成混战状态。至二十七日，第七十一师在迷回、涧头间受到日军的包围。该师处于顽抗待援的境地。
在八路军第一一五师主力平型关战斗期间，该师独立团和骑兵营在灵丘以东及涞源地区积极活动，配合了主力的作战行动。八路军第一一五师平型关战斗，消灭日军一千余人，击毁敌汽车八十余辆，缴获九二步兵炮一门，步枪三百余支，机枪二十余挺，山炮弹三千余发和大批军用品，给进攻之敌以有力打击。一一五师也伤亡六百余人。
东跑池、鹞子涧战斗
当平型关地区中、日两军展开激战之际，占领大同地区的日本关东军闻讯，决定从茹越口方面发动进攻，以协同第五师团进入代县附近。决定混成第十五旅团和混成第二旅团迅速击破当面之敌，进入繁峙。独立混成第一旅团主力迅速进入朔县。混成第十五旅团于九月二十五日从尚希庄出发，当日到达应县，二十六日向茹越口发动攻击。该地守军第三十四军二○三旅顽强抵抗，激战终日，敌攻击未逞。第三十四军为增强该地防务，命令第一九六旅派一个团移至铁角岭策应。日军混成第二旅团于二十五日由浑源出发，二十六日攻击下社，也受到当地守军的阻击，攻击未能成功。
这时，阎锡山因受到八路军一一五师在平型关战斗胜利的刺激和鼓舞，认为在平型关外作战大有可为，因而决心彻底放弃原来把日军放进关内在砂河会战的方针，于二十六日晚间，向五台朱德总指挥、大营傅作义总司令、砂河杨爱源总司令发出了如下命令：“（一）平型关正面之敌连日与我激战，已被我击退，本日敌由浑源、灵丘增援甚众，其一部约两千余，炮二十余门，向茹越回一带进攻，似有进入关内之企图。（二）六集团应联合十八集团军及总预备军，迅速去破攻平型关之敌。七集团之杨澄源军应竭力抗拒茹越口一带之敌。其余各军固守阵地，以待我主力转移反攻该敌。（三）各集团军应本以上要旨妥筹部署，即行开始动作。”4
阎并令新组成的第六十一军陈长捷所部5速援平型关；以傅作义担任平型关方面指挥的全责。第六十一军各部于二十七日到达平型关、团城口前线附近。傅作义急令其先头二一七旅解救第七十一师在迷回、涧头之围。二一七旅以第四三四团攻击包围涧头之敌，并协同守涧头的第七十一师一部向迷回东进。包围迷回之敌增加兵力反扑。第二一七旅全部展开，继续进攻迷回。这时鹞子涧之敌南下增援迷回，东西跑池之敌也冲下山来向二一七旅右侧攻击。第六十一军即令展开于齐城以东地区的二○八旅，进到二一七旅右侧迎击西跑池之敌。接着二一七旅和二○八旅在二个炮兵营的支援下，向敌发起攻击。包围迷回之敌。
二十八日，占领迷回北山的第二一七旅之四三四团，在夺取迷回胜利的鼓舞下，未等主力行动，使展开一举攻占鹞子涧，又占领一三八六·六高地。日军此时从团城口、关沟两面夹击鹞子涧、日军首先攻占一三八六·六高地，然后向鹞子涧全力攻击。双方在村内展开肉搏。最后，陈继贤团长以下全团（除一个通讯排和伤员后送外）官兵壮烈牺牲。为此，旅长梁春溥受到戴罪立功的警告处分。
在鹞子涧激战的同时，攻占一三八六·六高地的日军一部与第六十一军二○八旅展开争夺东西跑池制高点的战斗。两军反复冲杀，团长刘崇一重伤后仍指挥成斗，经过激烈争夺后，将日军击退到东跑池山下，稳定了东西跑池的防御阵地。在此期间，在平型关正面防御的独立第八旅，抽调二个营增援东跑池。第六十一军也派在涧头的独立新二旅一部向东跑池增援。两方面的增援部队到达时，日军已被二○八旅击退至东跑池山下。
日军被阻在东跑池山下后，遂改变攻击方向，越过一三八六·六高地东侧北进，会合从团城口南攻的部队占领鹞子涧，接着向六郎城攻击。防守该地的第七十一师部队退到迷回北山。敌遂向迷回北攻击，受到守军二一六旅和七十一师部队的阻击。日军便占领了六郎城西一六三五·九高地。独立新二旅和第七十一师一部，曾组织反攻该高地，但被日军击退于半山。此后，敌我两军就在此地混战。傅作义命令第六十一军坚持作战，等待第三十五军援兵的到来。
日军突入繁峙，内长城防线弃守
九月二十八日，第二战区司令长官阎锡山，由岭口亲赴大营指挥作战。他到大营以后，与杨爱源、孙楚、傅作义等研究了一个在平型关外与日军决战的计划。要求第七十三师和第七十一师坚守平型关东翼和迷回原有阵地；第六十一军、第三十五军、第三十三军密切协同，向平型关外出击，围歼日军于蔡家峪以南地区。三个军的主力出击以后，守备平型关与迷回地区的部队作为第二线兵团，向蔡家峪、东河南推进。并作出了各军出击的具体作战计划。
决战计划决定以后，傅作义急调第三十五军速到平型关前线参战。但是，就在这天早晨，进攻茹越口的日军混成第十五旅团，把守军冲垮，占领了茹越口。在此防守的第二○三旅旅长梁鉴堂率一营预备队向日军反冲击，企图恢复山口，但因兵力太小，该营大部被日军杀伤，梁旅长也重伤后阵亡。二十九日，日军向铁角岭守军阵地攻击。守军顽强抵抗，当日上午十一时，铁甲岭阵地被日军突破。第三十四军向繁峙撤退。第十九军军长王靖国仓促命令在雁门关右翼防御的独立第二旅抢占五斗山，侧击茹越口之敌。但该旅在五斗山立足未稳就被日军冲垮西退。日军随即展开追击，当日夜占领了繁峙县城。在城内的第三十四军军部退到峨口。这时正在东进的第三十五军先头部队第二一八旅已过繁峙城到达砂河，后续部队第二一一旅到达繁峙城南受敌袭击，独立第七旅被占领繁峙的日军隔于代县方面。
九月三十日深夜，阎锡山在砂河镇南一个小村庄里，召集前方高级将领会议，研究作战方案。在讨论中，接连得到平型关前线的紧急报告，说敌人逐渐向平型关南翼白崖台、东长城村方向移动，似有进攻第七十三师阵地的模样。又接到了代县王靖国的紧急报告：从五斗山反攻铁甲岭、茹越口的方旅，溃回代县；正调雁门关以西的段树华独立旅前来代县，并留第三十五军马延守旅，在代阎锡山，被阻隔在繁峙以东，已为其退路徬徨；深恐新辟的峨口至五台山土公路沦于敌手，无法逃生。因此他用有气无力的声音向与会将领说。“我看这种形势，已无法补救了，拖下去要更不好。星如（杨爱源字）、宜生（傅作义字），就下令全线撤退吧！”6
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1.李服膺被拘押后送往太原，于十月间忻口战役展外之际被阎枪决。
2.《毛泽东军事文集》内部本第84页。
3.《中国现代政治史资料汇编》第三辑第四册。
4.《中国现代政治史资料汇编》第三集第四分册。
5.原第六十一军军长李服膺被扣押后，所部进行了整编，并与第七十二师合编为新的第六十一军，以陈长捷为军长。该军所属除第七十二师外，还有二一七旅、二一八旅和独立新二旅。分别向鹞子涧、东西跑池撤退。第七十一师迷回之围遂被解除。此后，两军在东跑池南形成相持状态。
6.《山西文史资料选集》第十四集163——165页。