三月五日晨，日军右路率先发动，一个联队从灵丘出发，在蔡家峪击溃朱怀冰第九十七军三十二师两个团之防守，占领进入山西的交通要道路口，随即以雷霆万钧之势扑向平型关。在平型关阵地前，日军与守军一个旅发生激战，僵持不下，日军不甘心就此退去，又猛攻东、西跑池南北侧各高地。守军两个营坚守阵地，与日军顽强战斗，最后竟弹尽粮绝，经数番肉搏方杀退日军。
日军后续兵力陆续跟上，又是一个联队加入到对平型关的进攻中，这时中***队也加强了防守，右翼军司令官刘茂恩派遣川军第三十九集团军前往驰援，日军面对我优势兵力，无功而返。
眼见正面强攻难以啃下平型关这块硬骨头，负责该路军作战的第十五师团长岩松义雄中将，又调动独立混成第三十二旅团，绕蔡家峪转攻团城口。负责镇守该处的是刚刚进入阵地的川军新十六师，该部在师长陈良基的带领下，利用优势地形痛击日军，打击了日军的嚣张气焰。
日军攻势屡屡受挫，随即又以一个联队迂回东、西跑池南北高地，朱怀冰第九十七军三十二师在此防御的两个营官兵全部殉国，高地被日军占领。
正在正面堵截对手的第三十九集团军司令长官王陵基见势不妙，急令川军新十五师师长邓国章率部驰援，向敌发起反击。各反击部队与日军进行激战，至下午四时终于将敌击退，收复东、西跑池及其附近高地。
在平型关一线发起激战时，左路日军也猛然发力，沿着已经通车的宁武至原平的铁路线，猛攻云中山我军防守阵地。
由于这一线靠近山西腹心地带，一旦沦陷，临沂和太原就将直接暴'露'在日军的威胁下，故防守分外严密。
左翼军司令官卫立煌麾下兵精粮足，弹'药'宽裕，同时云中山关隘构筑有坚固的钢筋混凝土工事，山谷中的铁道铁轨也在开战后即拆除，日军只能采取强攻的策略。不过，在三月初冰雪未消融的季节，向拥有地利的守军发起进攻，无疑是一件愚蠢的事情，在卫立煌部的炮火及居高临下的'射'击中，日军尸横遍野。
不过，东条英机早已预料到这种情况，见战事不利，迅速调动飞机和装甲车助战，原本左路日军指望着能凭借天空地下立体式的进攻取得突破，可惜此时，安家军已经调集三个航空大队，分别进驻太原机场、晋中机场和阳泉机场，听闻前线遭遇日军战机空袭后，两个大队共十二个战斗机中队率先起飞，a27和a26战斗机珠联璧合，日军用来护航的二十余架隼式战斗机完全不是拥有强大火力的a27战斗机的对手，混战开始才五分钟，就有两架隼式战斗机坠落或者凌空解体，其余日军战机见势不妙，只能掩护着四十余架轰炸机猖狂逃跑，在这中间又被击落一架战斗机三架轰炸机。
等到日本人的战斗机逃了个没影没踪，西南空军蚊式轰炸机和ab26轰炸机群才慢悠悠到来，对处于进攻状态的日本人展开了狂轰滥炸，日军的坦克部队和炮兵，完全沦为了活靶子，死伤累累，最后不得不狼狈退回宁武县城。
中路日军的主攻方向，出人意料地没有选择雁门关，而是由应县进攻茹越口。
亲自担任中路军主帅的东条英机，命令混成第二十二旅团和独立混成第五十七旅团迅速突破当面军队，越过恒山山脉的内长城一线，进入繁峙县城，为大军入晋打开道路。
该地守军第三十五军二一一旅、二一五旅旅顽强抵抗，激战终日，敌攻击未逞。中路军总指挥傅作义为增强该地防务，命令第二一八旅和第七十三师移至茹越口一侧的铁角岭策应。
东条英机又调来伪军两个师，在一个联队的日军带领下，继续增强茹越口一线的攻坚力量，但是由于山势险峻，兼之守军援军已到，日军再次无功而返
三月六日，