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八月九日，日軍以第二十師團全部，第五、十兩師團各一部及一個混成旅團等，沿平綏線進攻南口。
南口戰役是七七事變之後，中國軍隊與日軍在華北戰場規模較大的一次戰役。
南口位於今天北京西北部的昌平區，背靠連綿起伏的山地，山地上有古長城屹立於各個隘口。南北山地之間隻有一條狹長的山溝通向張家口，連接西北地區。
山溝之中有平綏鐵路和公路連通，南口自古以來就是西北通往華北的門戶，有“綏遠之前門，平津之後戶，華北之咽喉，冀西之心腹”的說法。
而平津失陷時，南口僅有29軍的一個保安旅駐守。南京方麵自然知道南口的重要性，於是急令馳援華北的中央軍13軍迅速增援南口。
隻是，在這個國家存亡之際，時任察哈爾省主-席的29軍副軍長劉孺民卻是生怕中央軍來了就占領了他的地盤，13軍要求過境時，劉副軍長竟以客軍過境容易擾民等理由拒絕。
經過雙方高層的多次磋商和會議，甚至為了溝通順暢，避免這個劉副軍長投敵，南京的校長還特意派了劉孺民的老上司以勞軍的名義，攜帶了一筆款項到察哈爾與其溝通。
雖然劉副軍長最終同意了13軍進駐南口，但卻是白白耽誤了寶貴的4天戰備時間。
就在13軍還未完全部署到位，防禦工事也未完全構築之時，日軍先頭部隊已經開始與守軍接觸。日軍憑借其飛機、坦克和優勢火炮輪番轟炸，守軍損傷非常嚴重。
要說13軍在南口戰役中的表現還是值得稱道的，一個據點往往在一天之內數易其手。白天日軍憑借優勢火力奪取據點，晚上守軍又利用夜襲與日軍近戰將據點奪回。
隻是苦戰一周之後，13軍傷亡巨大，軍長湯有白不斷向南京方麵求援。
可惜的是，從陝西趕來的支援部隊，再次被這個29軍的劉副軍長擋在張家口，南口形式岌岌可危。
即便如此，由於13軍的英勇作戰，居庸關一線陣地始終非常穩固。日軍在居庸關一帶相持不下，一麵將戰線轉移到右翼企圖迂回到南口後方。一麵從察哈爾北部向張家口發起進攻，企圖切斷南口後路，形成合圍。
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到了8月26日，張家口被日軍攻陷，13軍腹背受敵，隻能乘著日軍還未形成包圍之際撤出南口。
南口戰役雖然失敗，但這是抗戰初期抵抗非常激烈的一戰，在華北戰場牽製了日軍兵力，遲滯了其進攻勢頭，為山西的抗戰贏得了寶貴的時間。
這裡要說的是，南口之戰也是13軍的軍長湯有白在抗戰中僅有的少數幾個閃光點之一，也是他一輩子吹噓的得意之作。此人也許是被南口血戰的殘酷和部隊的慘痛損失震懾了心魄，在隨後抗戰中的表現就很是善法可陳了。
南口、張家口淪陷後，日軍已解除後慮，遂分三路南犯：一路自天津沿津浦路南犯；一路由永定河上遊迂回渡河，襲取長辛店、良鄉；一路由北寧(今京沈)線上之廊坊方向，強渡永定河，從側後迂回京漢線北端國民軍守軍。
而此時的閻大帥也看出了形式不對，開始命令部隊進駐忻口一線的國防工事。