正式公布红军改编命令，将西北红军主力改编为国民革命军第八路军，设总指挥部，任命朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥。9月12日，国民政府军事委会按照抗战的战斗序列，将八路军改称国民革命军第18集团军，以八路军总指挥部为18集团军总司令部，朱德、彭德怀分任总司令、副总司令。但是，大家的习惯还是叫“八路军”，不久，朱德被任命为第2战区副司令长官。八路军变被编入第2战区战斗序列。这时，“国民革命军第八路军驻晋办事处”的牌子，在太原市内的“成成中学”大门口挂起来。办事处的工作人员都换上了佩有“八路”臂章的军服，并从延安派来教导营的一个排，担任警卫，中共中央正式任命彭雪枫为八路军总指挥部参谋处长兼八路军驻晋办事处处长。人路军下辖115师、120师、129师。115师师长林彪、副师长聂荣臻；120师师长贺龙，副师长肖克；129师师长刘伯承，副师长徐向前。
八路军接受改编之后，随即向山西挺进。
这时，中国共产党决定派出周恩来为首的代表团来山西，与阎锡山具体谈判解决八路军向山西的挺进路线、活动地区。作战原则、指挥关系、后勤保障等一系列问题。徐向前因为是山西人，与阎锡山同乡，又在阎锡山创办、赵戴文任校长的太原师范读过书，所以作为代表团成员跟随周恩来一起入晋。
此时，阎锡山唯恐山西有失，损害自己的利益和声誉，正在代县的太和岭口行营坐阵督战。
1937年9月7日凌晨，周恩来和徐向前乘汽车去雁门关以西的岭口，会见阎锡山。正在部署大势会战的阎锡山，见周恩来、徐向前他们来了。满面春风，热烈欢迎。周恩来在同阎锡山谈判中，首先对阎的“联共”态度及“守土抗战”主张，给予积极的评价。希望他不负国人期望，履行诺言，与中央合作抗战到底。周恩来说：“我们共产党主张建立各党派各军各界人士的共同联盟，要使山西同胞不当亡国奴，只有联合起来，发动民众，共同抗战。”关于八路军进入山西后的作战地域和方针，周恩来提出，我党根据自己的兵力及战术特长，前已同百川先生商定，开赴冀察晋绥四省交界的地区，以山地战、游击战侧击西进和南下日军，配合友军正面作战。现115师已经入晋，正在侯马一带修火车路；120师即将入晋；129师尚在整顿中，晚些时候才能出动。八路军入晋部队希望早日到达预定地域作战，请阎司令长官给予支持和方便，阎锡山满口答应，同时扼要介绍了大同会战部署。八路军进入山西后，八路军驻晋办事处还进行了迎送赴抗日前线途经太原的八路军干部战士，负责到阎锡山的第2战区司令长官部领取枪炮、弹药，军械和电台等通讯器材及医疗药品，分发给八路军部队。
阎锡山岭口行营地会见周恩来的时候，他正制定大同会战的作战方案部署。阎锡山兴致勃勃地把他的大同会战部署向周恩来、徐向前作了扼要介绍，请他们提出意见。
这正是阎锡山“联共抗日”、“守土抗战”在全国人民当中露脸的时候。阎锡山和他的谋士赵戴文，与共产党的政治家、军事家会晤接谈之后，都认为，共产党里人才辈出。阎锡山在岭口两次会见周恩来，还有朱德、彭德怀等，在太原会见他的学生徐向前。会晤时，都作了长时间谈话。
周恩来根据当时形势，说明目前虽然是敌强我弱，但我们只要动员全民团结奋斗，就可以削弱敌人力量，增强我们自己的力量，打败日本侵略军收复失地，鼓励阎锡山坚持抗战。阎锡山当时还“考试”了一下周恩来，要求他写一个第2战区的作战计划，周恩来只用一天时间就写成了，阎锡山看了，十分惊异、赞佩，连声说：“写得这样好，这样快，如果能这样打，中国必胜。”之后，阎锡山每日早晨约周恩来去办公，并通令全军学习八路军的办法。后来，周恩来还提出一个在沦陷区成立“战地动员委员会”，阎锡山先是不同意，后来薄一波向阎锡山作了解释，阎锡山也同意了。
有一件憾事，阎锡山疑惑不解。他往晋北碓门关见到了徐向前，一见如故，果然非凡，令他遗憾的是，对共产党这样一位五台名将不能拉他过来“楚才晋用”。早先，徐向前由黄埔军校分配到冯玉祥的国民2军岳维峻部，岳部被打垮，徐向前和几个山西同事回了家，阎锡山惋惜知情晚了一步，没能挽留争取徐向前成为晋军将军。后来，徐向前又转回南方寻找共产党当了红军第四方面军总指挥，成了共产党著名的军事家和战将。当徐向前指挥红军在鄂豫皖，在川陕把蒋介石指挥的多于红军几倍的围剿部队打得落花流水的时候，阎锡山也曾为他五台出了个大将军赞口不绝。
这次，徐向前跟周恩来回山西，阎锡山又瞪着眼睛“盯”住了他，听说徐向前要回永安村探亲，准备给他一笔钱，徐向前没有接受；后来派了部小汽车，由阎锡山绥署主任办公室上校参事、徐向前原配妻侄朱点陪同回家。当时汽车路只能通至东冶镇。徐向前东冶下车后，让朱点随车回太原，他自己带了警卫步行回了永安村老家。这以后，一天阎锡山约薄一波和赵戴文、梁化之谈话，忽然讲到，徐向前这样的人才，怎么走到共产党一边了，不是楚才晋用，而倒过来了，得人者昌，失人者亡。阎锡山想起这句话不胜感慨之至！
此时，日军攻取晋北，意在打通平绥路以及连接察绥，包围山西、威胁西北，配合平汉线的日军从正面会攻太原，达到分进合击的目的。第2战区司令长官阎锡山令李服膺第61军辖第101师、第200旅附五个山炮连镇守天镇、阳高；赵承绶骑兵第1军守兴和、尚义、商都，阻敌西进，掩护王靖国第19军，傅作义第35军、刘茂恩第15军在大同、集宁与日军决战。阎锡山知道天镇的重要，它是进入晋北的第一道门户，也是山西抗日的第一仗，他令李服膺死守天镇，如果天镇失守，将以军法论处！
第61军奉命驻守天镇，在其东郊盘山周家山抢占制高点，赶筑防御工事，并遣所部在天镇、阳高城内加强城防，疏散居民，从军事家的眼光看，天镇是大同的前哨阵地。9月3日，日军直天镇。9月5日，日军出动飞机30架，坦克，装甲车50余辆，纠集步兵，骑兵3千余众猛扑天镇主阵地，敌我双方损失严重。这时，阎锡山忙调第19军在丰稔山，聚乐堡一带紧急布防，声援天镇，并防止日军迂回西进大同。而日军也利用这一间隙将增援部队布置于晋北地区，完成了对天镇和大同的集结。
第2天，日军又出动飞机、坦克，在猛烈炮火的支援下，掩护步兵3千人向天镇东郊盘山及周家山冲击。两山守军冒着密集的炮火，与倍于自己的敌军殊死鏖战，坚持到夜，许多官兵以身殉国。次日，日军兵临天镇城下，李服膺令61军残部退往王千户岭，只留第200旅1个团守城。
9月8日，日军轰炸天镇，城垣大部分被炸塌，抗日守军在毁坏的阵地工事中顽强抵抗，以轻、重武器组成交叉火力网，并派出突击队绕到敌后，挠敌阵角，打退了敌人的进攻。日军决定停止进攻天镇，以一个联队兵力偕坦克10辆绕过天镇，奔袭阳高大同。35军军长傅作义急遣一个旅兵力迎击该敌。
9月9日，在洪镇堡发生遭遇战，日军拖住抗日军之后，又以增援的优势兵力将傅军截为3段，傅作义见势不妙，令被包围之部队向北突围。
9月10日，日军攻占阳高和王千户岭，天镇丧失屏障，61军军长李服膺下令弃守天镇。翌日，日军攻陷丰稔山、天镇，同时在大同附近调集主力向以东阵地发动全线进攻。敌机械化部队在城外东奔西窜，伺机攻城。由于刘茂恩第15军此时尚未赶到大同布防，城内兵力薄弱，防守空虚。
战争打起来了，各种条件都在急剧变化。
9月11日，敌陷天镇，13日便越过了聚乐堡攻陷了大同。原计划依托阳高工事进行抵抗消耗敌人的打算，根本未能实现。全国舆论，责难天镇守将李服膺无能，随便放弃阵地。阎锡山在舆论责难之下没有办法，便扣押了李服膺。
阎锡山坐在雁门关下岭口行营之内气得撅胡子，还没有下决心如何改变聚乐堡盆地会战的计划。就在阎锡山犹疑不定时，一个战报来了：
“日军陷察南蔚县，73师于洗马店受挫，14日敌占广灵，15日取灵邱，直奔平型关。”
平型关如果失陷，敌人便可以越过平型关，直抄雁门关的后路。这是板垣征四郎出的主意。他前2年曾以旅行观光的名义，骑着毛驴，数着山山水水，走遍了繁峙、沙河、大莹、平型关、灵邱、广灵的道路。他料定了阎锡山认定日军只能沿铁路进攻，不会走这条路。他便出了这支奇兵。一下子把阎锡山的大同会战计划给戳乱了。阎锡山急得干瞪眼。阎锡山这时才明白了板垣征四郎的主力已在平型关的路上。而这一路，中国军队只有残败下来的73师的部队，他们不可能阻敌于平型关外，雁门关的后路，处于极端危险的境地。
他叫来了第6集团军副总司令孙楚，向他说明了情况。
“现在已是燃眉之急，你应该马上到大莹，指挥高桂滋的第17军和你们33军的独立第3旅章拯宇部、独立第8旅孟宪吉部，进入平型关即设阵地，支援73师，阻击敌人。”阎锡山说。“那大同会战计划呢？”孙楚问。 “唉！唉！”阎锡山连连摇头，十分责备这个多年共事的老部下，竟然这样不懂“存在就是真理，需要就是合法”的阎氏哲学：“冬天穿皮袱，夏天穿布衫，大同会战的计划已经过时了。”
阎锡山一个劲地看着墙上的军用地图，画来画去。他想板垣征四郎这着棋下得出奇又险绝。在这高山峡谷之中行军作战，如果遇到山上预伏的高手，简直是自己走入死亡地带，可惜的是阎锡山并没有在这一带布置下兵力，被敌人钻了空子。
阎锡山后悔之余，灵机一动，脑子里闪出了光明。他望着窗外层峦起伏的群山，看见了被群山包围的繁峙一带的小平原，他想如果能把敌人诱到小平原上消灭之，岂不一快？但是他又想把雁北兵力调动过来，不是轻而易举的，况且雁门关也是不能丢失的。雁门关处高山峻岭峡谷之中，一夫当关万夫莫开，保住雁门关是比较容易的。雁北主力如能以急行军姿态调转过来，在繁峙盆地消灭敌人还是可能的。阎锡山思前想后，举棋不定。他在室内轻步转了几圈，站住了，喊了一声“副官长”。当副官长站到面前时，他命令道：
“请王靖国军长！”
王靖国任19军军长，是阎锡山最倚重的人才，重大军事决策几乎都与他商定。
“敌人已经攻陷了广灵、灵邱，正在指向平型关。73师已被敌人打残，我已命孙楚所属33军的章拯宇旅和孟宪吉旅急赴平型关占领阵地，援助73师，守住平型关。现在，大同已经陷落，局势正在变化，我们应该有个应变措施。”阎锡山说。
王靖国自恃多才，其实见地浅薄，他根本不了解敌人的情况，更不明白自己的情况，大同失守，灵邱陷落，使他心慌意乱。在阎锡山垂询之时，他故作聪明地说：
“敌人的主力仍在大同一线，平型关一路山高谷深，交通不便，是一条险路，敌人不过是出一支骑兵，s扰我们侧翼，有章拯宇旅和73师，足可守住平型关，阻敌于关门之外。”王靖国说。
“雁门关既有足够的兵力，又有强固的国防工事，当然可以守住，但敌人已经破坏了大同会战的计划。我想敌人既然从平型关来了，索性先消灭这股敌人，也许更有把握。”阎锡山说。“善战者致人而不致于人。在这高山峡谷地带，争取一个主动权还是可以的。”王靖国说。
“不！我是要把敌人放在蒜臼子里捣碎！”
阎锡山根据自己想定的腹案，指出平型关的正面由第6集团军总司令杨爱源把总部设在大莹指挥。孙楚的33军的两个旅和高桂滋的17军的两个师，及从广灵退下来的73师，布防于平型关、团城口南北线既设工事之中，阻止敌人西进，消耗敌人，并“掩护雁北主力部队撤入雁门山、恒山，以五台山为依托，组成南侧机动兵团。雁门山北侧，依恒山、雁门山为屏障，把刘茂恩的第15军控置于恒山之外，以34军的101师和梁鉴棠旅分守北娄口、大小石口、茹越口间的已设阵地，保持重点于代县与雁门关间。傅作义的第35军为北侧机动兵团，在繁峙北翼展开。选定决战地点在平型关以西、沙河与繁峙城间的盆地。当敌人越过平型关时，孙楚33军等部抄袭平型关后，南北兵团夹击敌人于沙河一带。
“你以为这个计划如何？”阎锡山问。
“好！好！”王靖国说。
“布好口袋阵，让敌人进得来，出不去，不过……”
阎锡山还没把下边的话说出来，副官长报告：“李服膺军长到！”李服膺是阎锡山一手提拔起来的，与阎锡山有特殊亲密的关系，是阎锡山认为很有才干的军长，他的6l军在天镇、阳高被敌人一触即溃，乱不成军，败下阵来。全国舆论大哗，要求严肃军纪。李服膺手中持有“可以节节后退，诱敌深入”的命令，又加上平时与阎锡山的亲密关系，虽然全国舆论鼎沸，他以为也没有多大关系，所以阎锡山叫他来，他就来了。正处在抗日高c时刻，全国舆论一致表彰上海抗战的部队，要求整饬军纪，刹住溃败的局势。天镇、大同几日之内失守，作为第2战区司令长官的阎锡山在众人责难面前，被迫寻找一个替罪羊。
李服膺站到阎锡山面前，阎锡山没有让座，没有布茶，他满脸灰暗，两只小眼睛久久地端详着李服膺。过了好长时间，他才轻轻说道：
“你的军长不能当了！”
“卑职知罪！”李服膺说。
“有罪当罚！来人哪！”
一群卫士进来了。李服膺这才知道不只是撤职了事。他身子抖动起来。阎锡山命令：
“把他押起来！”
“司令长官……”李服膺一手摸出兜里装的阎锡山的允许撤退的命令，想要辩解。
阎锡山向他连摆手，不许他多话，反而抢着说道：
“你身后的事，家眷子女，我完全负责，你不必挂心！”
卫士们把李服膺押下去了。
阎锡山向他找来了陈长捷、郭宗汾两位爱将，向他们面授自己的锦囊妙计。
“李服膺罪由自取，军法难容。”阎锡山说：“61军的遗缺，就由长捷你担起来吧。由你的72师，再加上新编第4旅组成。”
“人轻任重，恐怕我……”陈长捷说。“做什务什，不讲那些。”
阎锡山说：“我要把一项重大任务交给你的61军和郭宗汾的预备第2军。要你们在繁峙，沙河之间，组成一个坚不可破的口袋底。当南北机动兵团合力行敌时，千万不能叫敌人从口袋底钻出去。要是真地往西钻出去，我这个行营和雁门一线的部队也就站不住脚了。不但歼敌计划不能实现，太原的北大门也就捅开了。”阎锡山把话刚一收住，副官长又来报告：
“八路军周恩来到！”
他们面前出现了一个穿着灰布军装，腰上横了一条小皮带的人。他脚上连马靴和皮鞋都没有，只穿了一双普通布鞋。
双方寒暄之后，阎锡山问：
“贵军都已经过河了吧？”
“都已经过河了，我正要向您报告一切，听取您的指示。”周恩来说。
阎锡山端起战区司令长官的派头，大讲了大同失守之后，要如何整饬军纪，以儆效尤；着力地谈到他的得意计划：在平型关内大摆口袋阵。他语调不高，讲得却是有声有色。周恩来知道阎锡山的部队加上中央军，数倍于板垣征四郎指挥的部队，虽然武器不如日军，要是指挥得当，将士用命，还是大有可为的。之所以出现“闻风四十里，枪响一百三”的渍败局面，并不是兵不能打，实在是当官的恐日病太深而又采用了阵地拼死打的错误战法所致。平型关的口袋是大同的口袋阵的翻版。如果还是这样惧敌，第2个第3个天镇溃败局面还会出现。周恩来根本不相信这种呆板的阵势可以打好，更不相信板垣征四郎会傻得看不出这个口袋阵的架势，按着阎锡山的设想往里钻。
但，八路军的将领是无法改变阎锡山的计划的。
周恩来只好顺水推舟地说：“这个计划能够实现了，那是全国人都高兴的，八路军一定绕到敌人后方，切断敌人交通，打击敌人，与这一计划紧密配合。”
“120师已经出左方，到达了五寨、神池一带，向山y，岱岳前进；115师出右方，已经越过五台，向灵邱、涞源挺进；我们将用游击战与运动战相结合的办法，抄袭敌人的后方。”周恩来不顾阎锡山的狐疑，陈述了八路军用兵的方略。
“说实在的，”阎锡山叹息地说了句心里话：“我的军队一散了就不能收拢，八路军早上被打散了，晚上又能聚到一块，这一点我真佩服。如果贵军能顺涞源、灵邱一带给敌人的后方一个严重打击，将是共同消灭板垣师团的一大主力。”
“那一带尽是高山峡谷，正是容易打击敌人的场所，我们一定在那一带会一会板垣征四郎，争取打出一个好仗来。”周恩来说。
“好！一言为定！贵军夺标的时候，我这里一定五路出击歼灭敌人！”阎锡山踌躇满志地说。
阎锡山两关摆重