但是日军占领南口、张家口后，图晋方向是西北之大同，还是东北之平型关？
阎锡山判断，日军为运送部队、军火，展开机械化部队，发挥其优势，必然把锋芒指向大同。据此，他部署了大同会战计划。
然而，战况实际发展是：9月上旬，东条纵队和伪蒙军沿平绥线击破李服膺部防守永嘉堡、天镇间的国防工事，直抵阳高城下。
李服膺部一路狂奔逃到桑干河以南，日军于9月13日攻占大同，而敌军主力坂垣师团指向平型关，意图抄雁门关后路，然后夹击太原。
至此，阎锡山部署的大同会战计划流产。
雁门关一带兵力虽多而无用，而平型关一带则兵力空虚，危如累卵。阎锡山被迫立即着手部署平型关会战。
为阻止敌关东军"蒙疆兵团"沿同蒲路南下和第五师团由平型关沿滹沱河会攻太原，第二战区于9月5日确定：杨爱源的第六集团军负责防守内长城由应县的北楼口向东经凌云口至平型关，松树山而达广灵东南的牙村一线地区；傅作义的第七集团军负责守卫内长城之北楼口向西至朔县的利民堡一线；何柱国的骑兵第二军守卫平鲁至以西的下水角一线地带；赵承绥的骑兵第一军防守偏关以东之老营和偏关以北长城外之清水河地区；林彪的第一一五师守卫在平型关以东至灵丘地区；担任预备队的第七十一师位于繁峙，七十二师位于代县，三十五军位于阳明堡；战区指挥所位于岭口。