山所部发动一次大规模进攻，一方面是方面军需要晋绥军这样的弱旅练兵。另一方面是因为方面军各部队的编制基本上恢复了，第一军有能力也有这个必要打开山西的局面，不能这样被动下去。
笠原幸雄少将的这个提议迅速被在场的所有军官通过了，最后多田骏中将拍板决定，此次进攻山西高原以驻山西第一军为主，由筱冢义男中将担任最高指挥官，所部下辖第5师团、第20师团、第36师团、第37师团、独立混成第2旅团、第3旅团、第4旅团、山炮兵第一旅团、战车第一联队、皇协军步兵第三师、骑兵独立团、独立第六支队等，总兵力合计十万余人。
另外，华北方面军司令部又命令方面军直属的第10师团、第16师团以及第26师团等五万余人作为第一军的预备队。
日军此次作战目的是，重新夺回太原，重创阎锡山的第二战区，最好是能全歼晋绥军。
日军的行动很快，再加上第一军各部队都在石门一线驻扎，所以部队调动并不明显，因此日军的这次行动并没有引起二战区以及马铮所部的注意。
10月18日，驻扎在盂县的第六集团军新编第二军军部遭到日军小股部队偷袭，军长薛文化重伤，副军长李定国战死，同时战死的还有1个中将师长、2个少将旅长、4个上校团长以及6个中校团副营长。
与此同时日军两个旅团在炮兵以及装甲部队的配合下猛攻盂县到寿阳一线的阵地，一夜之间新二军这个新成立不到半年的部队便被日军击溃了，两万多人逃回晋中的不到四千人，其余的不是战死就是被俘，盂县到寿阳一线的门户大开。
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，一时间三晋大地战云密布。
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。阎锡山急忙调部队组织太原保卫战，但为了以防万一，在确定由杨爱源守太原之后，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。
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
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