17日后，忻口守军与日军在南怀化、大白水等处阵地继续鏖战，拼战肉搏，从未停息。20日，日军向中央地区官村一带阵地施放催泪性毒气。连日激战，日军总攻7次未逞。日本战史承认：忻口战役自13日开始攻击，“战况没有进展，始终陷于胶着状态”。日军从平津抽调兵力支援，萱岛高联队抵达后24日再发起攻击，突破了守军阵地几个缺口，但27日以后战况又形胶着。
日军久攻无进展，乃采取坑道作业，向守军阵地掘进，炸毁防御工事。11月2日，日军续行炮、空猛烈轰击，步兵猛攻。守军官兵以手榴弹及白刃迎击，肉搏至烈。正面阵线孔繁瀛师陈荣修团及许中权师杨觉天旅在官村西南阵地的守兵伤亡殆尽，阵地被陷。此际晋东战局不利，日军已逼近太原东南的榆次。卫立煌奉阎锡山令，令忻口守军转进太原，忻口遂陷日军手中。忻口之战，中国军队伤亡及半，但阻滞了日军前进。
（三）娘子关战役
晋北忻口战役激烈之际，晋东正（定）太（原）路战线亦紧张地抵抗日军的进攻。
10月8日，军事委员会任命黄绍竑为第二战区副司令长官，负责指挥正太路一线战斗。10日，阎锡山派黄赴任。黄于11日到达井陉指挥。