南口及其沿线长城要隘是阻击日军的天然屏障，中国方面在此布置重兵防守。1937年8月7日，日军第5师团和独立混成第11旅向南口及其沿线长城要隘展开进攻，南口战役打响。中国守军在汤恩伯将军沉着坚定的指挥下，在各个阵地均与日军展开激烈争夺，反复冲杀，甚至一日之内守军伤亡1200余人。战事异常激烈，但在优势日军以飞机、坦克、大炮的配合攻击下，中国军队处于不利情势。南口战役的同时，日军察哈尔派遣兵团向西北重镇张家口展开进攻，中国守军一部驰援张家口。加之中国来援军队被日军阻断，中国军队遂于8月26日向南撤退，27日，日军左翼第5师团和右翼独立混成第11旅分别占领南口附近重镇怀来、延庆，南口战役结束。

汤恩伯所部第13军于8月初进入南口地区布防，随即与日本中国驻屯军独立混成第11旅团约15000人的进攻展开战斗。在此之前，日军旅团派出小分队从4日开始，在南口镇实施战役侦察，又于8日拂晓对得胜口，9日对虎峪村实施威力搜索，10日起攻击南口车站及其东侧的龙虎台。

11日

日军对南口地区展开正式攻击。其主力猛攻南口镇，另以1个大队(坂田支队)向南口镇西侧地区长城线助攻，并以一部在得胜口佯攻。日军步兵在飞机、炮兵、坦克支援下猛攻守军阵地。守军第89师凭有利地形顽强抵抗。经激战，日军于13日攻占南口镇，但在继续发展进攻时受到守军的顽强阻击。战至16日，日军的进攻进展甚微。

日本中国驻屯军令第5师团于16日加入南口地区的战斗，并以该师团师团长板垣征四郎一并指挥第11旅团作战。第5师团首先以步兵第42联队第1大队增援，在坂田支队左侧展开向长城线上中国守军攻击。

在此之前，汤恩伯已令第4师一部在长城线上的横岭城占领阵地;16日，又令新增援的第94师第56团与第21师第122团合编为1个支队，在石峡附近沿长城线占领阵地。

17日

日军步兵第42联队第1大队夺取了长城防线上的最高峰1390高地。随后，日军第5师团主力逐次展开于1390高地至镇边城之间，向守军发动攻击，并将1050高地附近作为主要突击方向。

在此情况下，汤恩伯又令第4师第12旅加入横岭附近的战斗。18日，傅作义率第72师、第200旅、第211旅和独立第7旅增援到达怀涞、下花园地区，以增强南口地区的防御力量。蒋介石也急令卫立煌所部第14集团军经易县、涞水迅速向周口店一带集中，并增援南口、怀涞地区作战;另令位于平汉、津浦路的部队以一部兵力向平、津之间出击，以配合卫立煌军北进。

19日

汤恩伯下令将得胜口、居庸关、镇边城一线阵地区分为3个固守区。得胜口、居庸关、青龙桥一带为第1固守区，由第89师及新到达的第17军第21师第121、第124团防守;东西大岭及黄楼院一带为第2固守区，由第21师一部及第4师第10旅防守;北石岭、东台、横岭城、镇边城一带为第3固守区，由第4师(欠第10旅)、第72师1个旅防守。

20日，傅作义在怀涞准备组织兵力向攻击南口地区的日军实施反击，但这时得悉察北日本关东军察哈尔派遣兵团向张家口发起攻击。于是，傅率第200旅、第211旅回援张家口，留第72师和独立第7旅归汤恩伯指挥，在南口地区作战。

日本中国驻屯军发现卫立煌第14集团军北进增援南口后，即派第6师团第36旅团编成牛岛支队，进入门头沟以西山地堵击;令第20师团进入良乡西北山岳地带，向守卫在乎汉线及其西侧的中国第26路军攻击。