日军攻占盂县寿阳之后，十万大军兵分三路，一路由盂县向太原北门户阳曲进攻。一路则是从寿阳西进，直接攻打太原。最后一路是由寿阳南进，攻打晋中。十万大军来势汹汹，一时间山西高原战云密布。
日军的行动很迅速，进攻也很是犀利。尽管第二战区也调集了大军前来阻击，但是效果微乎其微，仅仅两天的时间杨爱源的第六集团军便伤亡过半，晋中、阳曲失守。
日军攻占晋中和阳曲之后，立即分兵一路攻打清徐，然后三路大军合围太原。阎锡山急忙调手下第一守将傅作义回太原担任太原卫戍司令，负责保卫太原的作战指挥，而他自己则是带着二战区长官部的大批军官以及机关后勤紧急撤往吕梁，以防万一。
由于日军保密措施做的极其严密，事先二战区一点风声也没有得到，再加上日军有大批的特种部队参战，二战区的多个师旅级的指挥部在短时间内连续遭到日军的偷袭，损失了大批的中高级军官，一时间被日军打得溃不成军。
自知单凭二战区一己之力根本无力应对十万武装到牙齿的日军，阎老西一边向武汉行营求援，一边则是给陈锋所部发报，请求第八战区赶紧来援。
武汉行营接到二战区长官部发来的求援电报之后立即给二战区副司令长官卫立煌发电询问详情，得知情况确实很危急，日军随时可能对太原城发动进攻。而以太原区区不到两个师的守军根本就守不住太原，如果没有援兵的话日军很快就会攻占晋中大部。二战区很可能会被拦腰截断。
然而老蒋这段时间也是焦头烂额的，华中地区的日军步步紧逼，第二次武汉会战一触即发，第九战区和第五战区的部队全部被调到了武汉周边，以应对日军随时可能发起的进攻。
而第一战区的部队也要应付华北方面军第12军，兰封一线的守军频频遭到日军的骚扰，按照军政部和国防部的推断，日军很可能会在武汉会战的同时对第一战区发动进攻。然后从河南南部夹击武汉，所以第一战区的部队也不能调动。
原本孙蔚如的陕军倒是一个不错的选择，可惜在上一次大战中第四集团军已经遭到了日军毁灭性打击，尤其是麾下的第47军几近全军覆没，短短不到半年的时间根本就没有恢复元气，现在算是没指望了。
思来想去，老蒋还是觉得近在咫尺的第八战区是唯一可以增援二战区的部队。况且第八战区多出防线与日军相连，双方在前线对峙的部队就不下二十万，只要第八战区对冀北以及平津地区的日军发动一次酣畅淋漓的进攻，日军肯定会撤兵的。
即便是陈锋所部从大同派一支偏师南下增援忻口前线，进攻太原的日军也不敢太猖狂，可以为二战区调动部队争取一定的时间。于是老蒋亲自发报给第八战区。命令第八战区立即派出有力部队南下增援第二战区，同时命令驻扎在张家口的第52集团军向平津一带运动，做出随时进攻的架势，以牵制日军。
接到老蒋的电报之后，陈锋眉头紧皱地考虑了很久。他现在心里有一个大计划即将要实施，实在没有多余的兵力多线作战。但是不增援肯定是不行。不说老蒋的命令，单单二战区与他的防区紧密相连这一点就必须让陈锋重视，一旦晋绥军彻底败了，那他的后方防线可就暴露在了日本人的枪口下了，日军的机械化部队从忻口出宁武关很快就会打到晋西北，然后很可能直接攻打到和林格尔、清水河县，甚至是归绥。
此时陈锋对于后是那句很经典的话真的是深有体会啊，不怕神一样的敌人，就怕猪一样的队友。好容易他想趁日军和苏蒙军在诺门坎死掐的好机会，一举将势力深入东部草原，甚至是东北地区。没想到身边的友军如此的不给力，三四十万大军竟然被日军十万人打的溃不成军，这他妈的算什么事。
他对于二战区三十多万大军竟然守不住一个太原实在有些看不过眼，尤其是二战区多个指挥部竟然连续遭到日军特战队的偷袭，不到四天的时间竟然死了8个将军42个校官，丢人啊。
在给岳父大人阎老西的电话中陈锋甚至骂出“难道二战区的那些指挥官脑袋里装的都是浆糊”这样的话，令阎锡山很没面子。
事已至此，陈锋知道生气也没有用，但是难道自己真的要错过这个机会吗？诺门坎战役的结果他是很清楚的，日军在苏蒙军钢铁怪兽组成的联军面前简直就是渣渣，损失极其严重。如果他的部队趁此机会向东部草原渗透的话，单靠伪蒙古军那些小渣渣们根本就抵挡不住，用不了多长时间他的部队就能探到东北地区。
这对于第八战区发展至关重要，一方面可以扩大地盘，提升部队的影响力，尤其是部队在蒙古各部落心中的地位。其次就是在东部地区的战略上一下子就占据了主动，北部的部队与冀东一线的部队将会对赤峰、通辽、承德一线的日伪军形成夹击之势，如果筹划得当的话甚至可以全歼该地区的数万日伪军。
但是现在出了这档子事情，他真的纠结了。分析思考了整整一夜，陈锋还是决定部队继续向东挺进，增援部队呢照样增援，即使是将大后方的部队全部抽调空也在所不惜。
5月28日，陈锋以战区司令长官的名义下令，第八战区立即进入战时状态。由第49集团军一部、蒙古救国军、特混1、2、3、4旅、山炮旅组成的东进部队共计15万人立即向锡林浩特靠拢，随时准备向东部草原挺进。
而东线的第52集团军也立即动员起来，积极向宣化一线调动部队，准备向京津地区的日伪军发动佯攻。南线的第40集团军抽调一师一旅组成南下部队增援太原。
至此，从兴和到巴彦淖尔如此长的内防线，第八战区只有区区不到两个师的兵力驻守，一旦第40集团军和第52集团军的防线被日军攻破，那后果不堪设想，这对于一向用兵很是谨慎的陈锋可谓是一次挑战。
然而令陈锋郁闷的是，还没等他的援兵出发，太原的守军就垮了。由于时间紧急，傅作义的精锐部队第三十五军根本就没时间从吕梁调往太原，傅作义就任卫戍司令之后才发现他手下只有不到7个团的兵力，满打满算也就一个半师，而外面围城的部队却足足有五万余人，而且还有大量的技术兵种，例如重炮兵、坦克兵等。
仅仅两天的时间，太原城内的部队就伤亡了三分之一，大部分的城防设施遭到破坏，更重要的是，由于太原城收服的时间并不长，所以城内还有很多曾经为日军办过事情的汉奸没有甄别出来，现在却开始蠢蠢欲动了，真的是内忧外患，形势极其糟糕。
28日夜，日军向太原城内空降了一个大队的伞兵，同时城外数万大军也对太原城发动总攻，虽然经过一夜的苦战守军最终将日军击退了，空降进城的日军大部被歼，但是依然有一部分在城内潜伏了起来，还有一部分则是依托有利地形与守城部队激战。
这样的情况下，阎老西知道事不可为，守下去也只会徒增伤亡，更可能会把傅作义这个大将也搭进去。反正守军已经尽全力了，实在守不住也不能为太原城陪葬吧，最后阎锡山还是忍痛下达了突围的命令。太原这座大城被中国军队收复不到半年之后，再度被日军攻占。
日军攻占太原之后并没有停止进攻，华北方面军反而继续向太原方向增兵，方面军直属的第32师团经石门开向阳泉。
同时，第一军第20师团由清徐南下，兵锋直指太谷、平遥，第四师团和第3、4旅团则是在坦克装甲车以及飞机大炮的配合下向忻口一线扑来，另外日军第108师团一部从太原出发，一路向西进攻，兵锋直指吕梁。
在情报部队以及特战队的配合下，日军行动迅速果断，战术运用合理，很快各部皆有斩获。第二十师团连下太谷、祁县、平遥，兵锋直指榆社、武乡。而北方的部队也是进展顺利，忻口、静乐、定襄诸城连续沦陷，攻击势如破竹，极为强悍。一时间，二战区风雨飘摇，局势迅速恶化。
二战区的战报陆陆续续传来，这下陈锋也坐不住了，日军怎么一下子变得如此厉害。晋绥军的战斗力虽然不强，但是也不是泥巴糊的，将士们守土卫国从不曾胆怯过，因为这里是他们的山西，他们的家，日军多次进攻山西都未能将他们消灭就是证据。但是为何这次会败得如此之快如此之惨，这让陈锋颇为不解！