在西安绝对安全。
阎锡山感到这是抬高自己身价的好机会，立即将此消息报告南京，并授意太原各报刊登消息，大肆渲染“张、杨代表到并，蒋安全无恙，以安定全国人心”，突出阎锡山出面调停且受到张、杨重视的形象。阎锡山在与张、杨代表的会谈中，也就摆出了高高在上的架势，提出解决事变的所谓四大原则：爱护国家，爱护领袖，爱护副司令（指张学良），爱护东北军。并提出了一系列条件，作为山西派出代表赴西安的前提。阎锡山满以为，蒋介石需要他出面保护，张学良也需要他出面安抚，国民党内的各派系都需要通过他进行协调，这一次可以大出风头，捞到一大笔政治资本。但他的算盘落空了。此时，以周恩来为团长的中共代表团已经到达西安，经过中共代表团的耐心工作，张、杨已同意和平解决。张学良对阎锡山的表演异常窝火，决定把阎甩开。他对准备往太原接阎锡山代表的人说：“我决不让老阎做这一标买卖。”阎锡山还筹划着如何在周旋中获取利益的时候，却得到蒋介石已经返回南京的消息。开始，他将信将疑，在办公室内独自踱来踱去来回转圈儿；到确证这是事实后，他一屁股跌坐在沙发上，半晌说不出话来。
西安事变虽然没让阎锡山借机捞到资本，但这件事却推动了他与共产党联合抗日的步伐。到12月下旬，中共与晋绥在共同抗日的大原则上达成了共识，双方建立起了通信站，晋绥军解除了对陕甘宁边区的经济封锁，黄河两岸开始有了商业往来。中共利用牺盟会广泛开展的培训活动得到了支持，阎锡山本人也提出“宣传民众，组织民众，训练民众，武装民众”的口号，进行全民总动员。使山西全省进入抗战动员的准备阶段。1937年2月，双方又正式建立电台联系。七七事变后，7月15日，蒋介石宣布对日抗战，称：“地无分南北，人无分老幼，无论何人均有守土抗战之责任”，并承认了中共领导下的陕甘宁边区。不久后，阎锡山向中共代表正式表示：从今后可以用红军和中共中央代表的名义，在山西公开进行活动。之后，八路军驻太原办事处也正式成立，中国共产党和阎锡山的抗日统一战线建立起来了。
1937年七七事变后，蒋介石加强了军事部署，把全国分为五大战区，阎锡山被任命为第二战区司令长官，负责指挥山西、绥远和察哈尔的部队。由红军改编的第八路军，也归第二战区，朱德总司令兼第二战区副司令长官。山西为华北要塞，日本人也明白，“要完成军事上占领华北，非攻占山西不可”。山西势必成为日军在华作战的重点目标，阎锡山感受到了面临的巨大压力。他的一首诗，就表达了这种心境：
年来忍痛复吞酸，国难何容学挂冠。千言万语说不尽，多少心事留舌端。
面对国难当头，此时的阎锡山尽管有多少心事难以诉说，还是表现出了应有的爱国情操。他由“守土抗战”进而提出了“民族革命战争”的口号。他认为：“我们这次对日抗战，不是国与国的战争，也不是民族与民族的战争，而是民族革命的战争。民族革命战争是政治性的全面全民抗战。在此生死关头，惟有发动民族革命战争，举我全力作最后之一拼。”由此出发，他主张，非常时期采取非常政策。当务之急当然是扩充军队。趁此机会，共产党领导下的牺盟会提出了组织新军的建议，阎锡山表示同意。于是，1937年8日，牺盟会组建起了山西青年抗日决死总队。随后又以第二战区司令长官的名义发布命令，由共产党人薄一波全权负责，组建起了一、二、三、四共4个纵队。决死纵队作为新军，实行政治委员制度，政治委员拥有最高的政治和军事权力，有绝对的领导权。而政治委员多由共产党人担任，阎锡山只有一个条件，要求纵队的政治委员必须是山西籍人士。阎锡山能够容忍新军实行政治委员制，在当时，这也是他走出的一步大胆的棋。此事如果放在蒋介石那里，是绝对行不通的。这反映了阎锡山为了联共抗日，在政治上更为开明的一面；同时也表现出他对自己能够控制新军，能够用地域乡情笼络决死纵队的上层，有着盲目的自信。还有一点，就是显示出他对共产党善于发动和组织群众，并能迅速取得群众拥护支持的特点和能力，估计不足。因此，在逼人的大形势下，他在自己的算盘上，是将新军当作“他人出力，为我所用”的重要筹码的。这四个纵队的山西新军，都有国民政府军事委员会给予的正式番号，依次为国民革命军独立第一旅、第二旅、第三旅、第四旅和第207旅。
阎锡山还同意中共代表周恩来提出的“保卫山西，必须动员广大群众，开展抗日群众运动”的建议，决定在沦陷区成立战地总动员委员会，简称“战委会”。战委会成立后，在敌占区开展活动，配合军队作战。战委会组建起一支武装力量，包括8个支队，15000余人，成为在共产党领导下群众抗战的重要武装。
平津失陷后，华北日军兵分三路：一路沿平汉路南犯，进窥河南；一路沿津浦路南下，进犯山东；一路则沿平绥路西犯，进犯晋、察、绥，并把战略进攻的重点指向山西。山西地处黄土高原东部，太行、吕梁、恒山、中条四山环绕周围，地势险要，易守难攻，素有“华北之锁钥”之称，是华北天然堡垒。中国军队若能固守山西要地即可对侵入华北平原之敌侧背造成严重威胁。日军为确保对平津地区的占领，解除侧背之忧，图谋进一步南侵，也力求控制山西。在这两军必争之地，一场麈战势在必然。
8月下旬，日军在攻占南口和张家口之后，继续西进，山西东北部就完全暴露在日军的面前，日军乘势直逼山西，山西的形势一下子紧张起来。阎锡山预计日军必然进攻大同，就准备实施“大同会战”的计划。他亲临前线，把行营设在了雁门关下的太和岭口，声言要在此与日军决一死战，把侵入晋绥的日军歼灭于大同一带。对这个计划，蒋介石是赞赏的，阎要钱要枪，都给予大力支持。9月初，日军沿平绥路扑向雁北重镇天镇。晋绥军经过顽强抵抗，天镇失守。而日军占领天镇之后，并不向大同方向开进，却直向平型关一带逼来。如果日军攻占了平型关，就等于是从背后插进了山西。阎锡山的战略判断发生了错误，不得不忍痛放弃大同会战计划，将兵力重新部署到平型关南北，准备在平型关与日军会战。这时，八路军的高级干部周恩来、彭德怀、彭学枫等前去与阎会晤。周恩来根据当时的形势，反复向阎说明，目前虽然是敌强我弱，但我们只要动员全民，团结奋斗，就可以不断削弱敌人力量，增强我们的力量，坚持下去，一定能够打败日冠，鼓励他克服困难，坚持抗战。阎锡山看到共产党对抗战的确是一片赤诚，也从内心感到佩服。他特意约周恩来每天早晨一起办公，并通令军队学习八路军的做法。
在共产党的推动下，阎锡山抗战的情绪逐步高昂起来，他制定了平型关会战的计划：诱敌深入，然后发动攻击，并截断日军退路，称作“布袋阵”战法。但9月24日，敌人进攻平型关的战斗打响之后，受攻最烈的高桂滋部为保存实力，擅自放弃阵地，被日军占领有利据点，反而对晋绥军郭宗汾部形成包围之势。幸好配合作战的八路军115师主力已经设伏于平型关地带，于9月25日伏击了向平型关前进的日军板垣师团一部，歼灭敌军1000余人，使原先趾高气扬的日军顿时陷入一片混乱，才给郭宗汾部解了围。平型关大捷是抗日以来全国的第一个大胜仗，打破了“皇军”不可战胜的神话，增强了全国人民抗战的信心。在此形势下，阎锡山放弃了原先把敌人放进关内再打的方针，集中兵力进击平型关外，想要歼灭板垣师团。但已占领大同的日军，向南进攻，并又占领了繁峙县城，就对平型关战场形成了侧后的威胁。经过在高级将领会议上激烈的争论，阎锡山害怕五台山的退路被切断，最后决定全线后撤，将主力配置于太原以北一百公里的忻口一线，准备保卫太原。
忻口位于崞县和忻县之间，是云中山和五台山两山峡谷中的一个隘口，公路和同蒲铁路都从此通过，自古以来就是晋北通往太原途中的战略要地，日军进犯太原，这是必经之路。阎锡山早几年就在这里修筑了大量工事，将它作为关系太原安危的咽喉要道。由于八路军在五台山一带牵制着日军，使得晋绥军和随后赶到的中央军能如期完成了战斗部署。
日军如果攻下太原，就将沿山西南下跨黄河直指武汉。蒋介石此时也意识到在山西作战对全国形势的重大影响，于是急令卫立煌的第14集团军从石家庄迅速开赴山西，参加晋北战役。10月10日，忻口会战正式打响。日军主力是板垣师团，计5万余人；晋绥军和中央军的总兵力则有8个军16个师，近10万人。东西50里长的战线上，双方展开了大规模的攻防战。在忻口正面，争夺阵地的战斗异常激烈，守军用太原兵工厂供给的八万多发炮弹向敌人猛烈轰击，发挥了极大的威力。日军在飞机、坦克和猛烈炮火的掩护下，以整营整连的兵力反复向前沿阵地发起进攻。守军阵地则手榴弹齐发，各种枪支集中射击，直至冲出战壕进行白刃战，一次次将敌人击退。守军的英勇战斗，大大鼓舞了民众的抗敌热情，成百上千的老百姓自动支援前线，冒着炮火抬伤员，送给养，挖战壕，军民同仇敌忾，使敌军难以前进一步。激烈的战斗持续多日，中国军队寸土不让，阵地常常是得而复失，又失而复得，每一次剧烈的拉锯战，都有很大伤亡。上将军长郝梦龄在火线指挥，被敌炮弹击中阵亡。从他于忻口会战前一天写给爱妻的信中，我们感受到了爱国军人可歌可泣，视死如归的伟大气慨。信中说：“余自武汉出发之时，留有遗嘱与诸子女等。此次抗战乃民族国家生存之最后关头。抱定牺牲决心，不能成功即成仁，为争取最后胜利，使中华民族永存世界上，故成功不必在我，我先牺牲。我即牺牲后，只要国家存在，诸子女教育当然不成问题。别无所念……倘吾牺牲后，望汝好好孝顺吾老母及教育子女，对于兄弟姐妹等亦要照拂。故余牺牲亦有荣，为军人者为国家战亡，死可谓得其所矣！书与纫秋贤内助，拙夫龄字。双十节于忻口。” 毛泽东同志在延安追悼抗敌阵亡将土大会上称赞郝梦龄等是中国人民“崇高伟大的模范”，证明“中华民族决不是一群绵羊，而是富于民族自尊心与人类正义心的伟大民族”。
成千上万的战士，在肉搏战中，在敌人的猛烈炮火下壮烈牺牲。战争最激烈的时候，有一天从拂晓至黄昏，在正面约三里宽的名为南怀化的阵地争夺战中，敌我易手达13次之多，先后牺牲了十个团，自团长到炊事员，非亡即伤，无一幸免。这就意味着一小时牺牲一个团，鲜血染红了阵地，无数英雄男儿表现出了为国为民视死如归的气慨。在中国守军的顽强抗击面前，日军蒙受重创，一筹莫展。日军又从京津守备队调兵力增援，但在中国军队的顽强抗击下，也难以前进，虽三易其指挥官，也无法挽回危局，双方形成对峙之势。八路军则奉命在敌后展开游击战。�