中国军队伏击日本侵略军

平津失陷后，中日双方交锋重点移至平绥铁路要冲南口。卫立煌奉命率部队驰援，在平西与日军展开激战。旋南口失守，率部跳出日军重围。时进攻山西的日军突破国民党军在晋北的长城防线，占领大同，直逼太原。第二战区司令长阎锡山致电蒋介石，请派卫立煌率部增援。卫立煌奉命于10月初率部开赴太原前线，并被任命为第二战区前敌总指挥，统率晋西北全部中国军队约10万人，在忻口阻截日军南下，由此爆发了著名的忻口会战。双方血战二十余日，日军付出惨重代价，始终未能突破卫部防线。忻口会战是抗战时期华北战场规模最大、中日双方伤亡都很惨重的一次大战。卫立煌率部歼敌2万余人，创华北战场大量歼敌的最高记录。10月30日，战局突变，从东面进攻太原的日军突破娘子关中国守军阵地，直趋太原，忻口守军陷入日军南北夹击之中，卫立煌被迫于11月2日下令全部南撤。　　1938年2月，卫立煌被任命为第二战区副司令长官兼前敌总指挥。其时日军集中5个师团共10万余兵力，由太原南下，企图一举攻下晋南，结束华北战事。

卫立煌在太岳山区的韩信岭一带以阵地战正面阻击日军，坚守旬日，达到了阻滞日军长驱南下，掩护兄弟部队安全转移至太行、吕梁和中条山脉敌后的战略目的。其后，卫立煌率部扼守中条山达三年之久，击退日军多次进攻，使山西日军始终未能由此渡过黄河。1939年1月，卫立煌调任第一战区司令长官，兼第二战区副司令长官。该战区是当时全国最大的战区。9月，兼任河南省主席。1940年又兼任冀察战区总司令。　　卫立煌在华北数年，坚决抗日，对稳定华北抗战局势起着重要作用，同中国共产党及其领导的八路军建立了良好的合作关系。卫立煌曾多次会晤周恩来、朱德，定期与八路军将领进行工作接触，协调军事行动；呼吁战区内各派军队团结抗日，主张在弹药和经费补给上对八路军一视同仁，并且在两次反共高潮中严守中立，是典型的“中央军中的中间派”。1938年春节，卫立煌率第14集团军高级将领前往八路军总部拜年，朱德总司令在欢迎大会上称赞卫是“在忻口战争中立下伟大功劳的民族英雄和抗战领袖”。卫立煌则称赞八路军“是复兴民族的最精锐部队”。他还仿效八路军作法，成立“第二战区前线总指挥部战地工作团”，接纳大量进步学生到军中服务，宣传抗日。

1938年4月，他借故访问延安，受到热烈欢迎。毛泽东在欢迎晚会上称赞卫立煌是“坚持华北抗战的领导者”。1939年9月，八路军第129师政委邓小平，也曾对深入战地采访的记者称：“张自忠和卫将军都是在抗日战场上打过硬仗的人，他们至今坚持抗战，决心很大，难能可贵。”