1937年10月13日清晨，在20多架飞机和大量大炮猛烈炮火的掩护下，日军[RiJun]集中五六千兵力向南怀化阵地[ZhenDi]发起猛攻。中央兵团以炮兵协同步兵作战[ZuoZhan]，顽强抵抗，对来犯日军[RiJun]给予大量杀伤。由于日军[RiJun]火力猛烈，战术运用得当，我守军[ShouJun]阵地[ZhenDi]表面工事毁坏严重，装备损失也很大。10时许，日军[RiJun]趁我军伤亡殆尽、援军未及时赶到之时，多路出击，占领了南怀化阵地[ZhenDi]。日军[RiJun]突破南怀化阵地[ZhenDi]后，随即向纵深突入，又攻占了1300高地。第九军军长郝梦龄紧急增派第二[DiEr]十一师第一二五团、第一二四团阻击日军[RiJun]的进攻。这两个团毙伤日军[RiJun]400多人，于15时左右重新夺回1300高地，将日军[RiJun]逼退至云中河南岸。此时，左翼兵团阎庄阵地[ZhenDi]也被3000多日军[RiJun]突破，但第十师给予了坚决回击，将日军[RiJun]击退。

　　尽管日军[RiJun]首战并没有达到预期目的，但卫立煌与傅作义明白，敌人正面进攻受挫后，势必要调整部署，重新组织兵力进行后续的作战[ZuoZhan]。为了能转移攻势，改变不利态势，卫立煌于13日12时致电阎锡山，让其以预备军一部从中央地区出击。阎锡山随即派出部队与溃退日军[RiJun]交火，并令左翼和右翼部队积极向敌后迂回，以阻止日军[RiJun]后续部队的增援。此外，他还将左翼部队的第六十八师孟宪洁部和第七十一师郭宗汾部划拨给中央军指挥。

　　随后，中央军第五[DiWu]十四师、第二[DiEr]十一师和新编第四旅开始向南怀化进行全力反击。战斗开始后，日军[RiJun]投入了大量的增援兵力，双方战斗进入胶着状态。第二[DiEr]一八旅击退了日军[RiJun]4次猛烈进攻。左翼兵团方面，第一O一师向阎庄以东的旧练庄日军[RiJun]进行反击，第八十三师和第八十五师第二[DiEr]五三旅向卫家庄、麻港地区的日军[RiJun]进行反击。练庄被我攻占。但卫家庄的日军[RiJun]也攻入该师大白水左翼阵地[ZhenDi]。师长李默庵随即抽调第八十三师一个团进行增援，师主力及第二[DiEr]五三旅继续向卫家庄、麻港攻击。激战到傍晚时分，双方都没有进展。右翼兵团方面，当第十五军抽调部队准备向桃园村日军[RiJun]反击时，日军[RiJun]的一个联队也渡过滹沱河向灵山阵地[ZhenDi]发起攻击。守军[ShouJun]对敌顽强阻击，激战直至深夜，日军[RiJun]被迟滞于滹沱河南岸至灵山脚下一线。14日20时，卫立煌率领独立第五[DiWu]旅至忻口督战。为了便于指挥，他对部署进行了调整。15日拂晓，忻口正面守军[ShouJun]第二[DiEr]一七旅及第二[DiEr]一八旅分别由下王庄左右两侧向东泥河及中泥河的日军[RiJun]反击。双方激战后，第二[DiEr]一八旅攻占中泥河，但第二[DiEr]一七旅被随后到来的日军[RiJun]击退，未能攻克东泥河，造成中泥河地段形成突出部，招致了敌人的集中攻击，第二[DiEr]一八旅被迫撤退。南怀化方面的日军[RiJun]于拂晓开始向1300高地发起攻击。守军[ShouJun]顽强抵抗，并多次组织反冲击，经过反复争夺，日军[RiJun]终于被击退，双方形成对峙。

　　忻口正面的日军[RiJun]不断增兵，在中央兵团正面集中了3至4万的兵力。阎锡山于15日电令第十八集团军总司令朱德指挥五台山区的部队截断敌后交通，阻敌增援兵力。

　　10月16日凌晨2时，我军在忻口正面的5个旅开始反攻，广大官兵英勇战斗。由于阵地[ZhenDi]狭窄、地形复杂，双方基本上处于混战当中，伤亡都十分惨重。在前沿指挥的第九军军长郝梦龄和第五[DiWu]十四师师长刘家麒先后中弹牺牲。截至拂晓时，双方都伤亡了数千人，第五[DiWu]旅旅长邓廷珍也中弹牺牲。由于日军[RiJun]装备占优势，又极死硬，中国军队除了将南怀化以南的日军[RiJun]基本肃清外，收复南怀化阵地[ZhenDi]的这个主要意图未能实现。卫立煌随即指派第十四集团军参谋长郭寄峤任第九军军长，第一六一旅旅长孔繁瀛任第五[DiWu]十四师师长，并指定第六十一军军长陈长捷统一指挥中央兵团继续作战[ZuoZhan]。

　　卫立煌深深感到，由于日军[RiJun]的增援，此次战役[ZhanYi]己方兵力并不占优势，形势十分严峻。随后，他致电国民政府军事委员会，以求获得补充。蒋介石立刻电令第二[DiEr]十二集团军孙震部启程援助。阎锡山也电告第九十四师的朱怀冰部和第一七七师的第五[DiWu]二九旅由五台山、龙泉关一带星夜赶赴忻县兰台镇、二十里铺，归卫立煌指挥。