在平型关给予板垣师团精锐以沉重打击的是共产党领导的八路军第115师。“七·七”事变后，在中共的积极要求和全国抗日潮流的推动下，蒋介石接受了共产党关于合作抗日的主张。8月间，由于日军大举进攻上海，进一步扩大侵华战争范围，使蒋介石政府的经济利益和政治统治受到严重威胁。这些都迫使“国民政府”发布自卫战争声明。在此条件下，蒋介石于8月18日表示同意红军改编和设立总指挥部，19日，国共两党就此达成协议。8月22日，国民党政府军事委员会正式公布红军改编的命令，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。8月25日，中共中央军事委员会发布了中国工农红军改编的命令。9月12日，国民党政府军委会按照抗战的战斗序列，将八路军改称国民革命第18集团军，以八路军总指挥部为第18集团军总司令部，朱德、彭德怀分任总司令、副总司令。集团军下辖3个师，即115师、120师、129师。
当红军胜利完成改编之际，正是日军沿平绥、平汉、津浦诸线向西、向南长驱直入，国民党战场陷于危急之际。中共中央、毛泽东客观冷静地分析了华北战场日趋恶化的形势，预计到在日寇侵入山西之后，国民党正面战场将有不支之虞，华北形势相当严峻。因此在敌军侧翼与后方开辟新战场的责任既紧迫又重大。为此，中共中央从民族利益和抗战前途的大局出发，即命令八路军东渡黄河，挥师向华北抗日前线挺进。
在八路军115师和120师进入山西之时，日军板垣第5师团和东条英机“蒙疆兵团”第1、2、21、15独立混成旅团占领大同、蔚县后，又以第5师团为主力与“蒙疆兵团”之一部配合，正以较快速度向涞源、灵邱、浑源、怀仁、左云一线前进，准备进攻太原。这使得国民党第二战区司令官阎锡山一筹莫展，进退失据。八路军的到来，让阎锡山喜出望外。他热情地招待了八路军副总指挥彭德怀和中共中央军委副主席周恩来，并从速商定了作战部署。彭、阎商定：国民党王靖国和陈长捷两个军分守平型关和茹越口，以另一部守雁门关；八路军115师出五台、灵邱、蔚县地区，待敌进攻平型关时，从敌后夹击；八路军120师位于晋西北地区，待日本进攻雁门关时，侧击日军。
于是，第18集团军总部即按此商定对八路军出师后的初期作战作了部署。115师和120师开始行动，于9月中旬赶到平型关以西大营镇集结待命。
9月21日，板垣师团第21旅团长三浦敏事少将率所部及配属该旅团的第11联队第1大队，沿灵邱至平型关公路追击溃退之国民党军队。22日，该部日军进至平型关和东跑池一带与国民党守军展开激战。同时，占领浑源之日军一部经小道沟、西河村，也于22日进抵平型关一带加入战斗。23日夜，日军向东、西跑池分头进攻。24日，国民党守军退出阵地，使日军占领了东、西跑池团城口和鹞子涧地区长城线上约2公里的正面地段。
国民党守军纷纷后撤，而八路军115师受集团军总部命令，迎敌而上，并于23日夜赶到离平型关20公里的冉庄。经仔细侦察和认真研究敌情后，作出了平型关伏击的具体部署：以一部向灵邱、涞源、广灵之间前进，牵制和狙击增援之敌；以主力3个团设伏于平型关东南至东河南镇间5余公里公路以南山地一线；以一部占领东河南镇以北的高地，切断敌人的退路；另分出少部接应国民党军由西北向平型关出击。八路军以神速动作在敌人毫无察觉的情况下令各部布置完毕。
9月24日深夜，115师主力部队冒着倾盆大雨沿着崎岖山路，在拂晓前进入距公路仅1~2公里的白崖台一线前沿阵地。
9月25日拂晓，日军板垣师团第21旅团第20联队的第3大队和辎重部队一部，前为百余辆汽车，中为200余辆马车，后有少数骑兵押送着车辆，正由东向西前进。由于雨后道路泥泞，车行缓慢、队伍拥挤。等敌人鱼贯而入伏击圈后，115师突然开火。我685团第5连和686团第5连首先冲向公路与日军展开白刃格斗，并用手榴弹率先炸毁了敌人行进途中的最后一辆汽车，使前面上百辆汽车在狭窄的山路上欲退无路。其他部队也迅速冲杀过去。突遭此意外袭击，使得日军不知所措，汽车、马车充塞道路，行军纵队顿时瘫痪。
一时间，巨大的喊杀声震撼着山谷。八路军战士们勇猛地向公路冲去，日军失去了有组织的抵抗，东奔西窜，各自为战，利用汽车、有利地形负隅顽抗。一个曾参加此次战役的八路军战士回忆当时的情景时说：“山沟里烟雾弥漫、枪声震耳，我军战士们钻进了烟雾里，往前跑、往前爬、往前滚。在那扫平了的麦田里，战士们是用尸体填平了冲击的道路，终于冲上了公路，同敌人展开了白刃肉搏战。公路上枪托飞舞，马刀闪光，刺刀发红，吼杀声、枪击声、爆炸声、日寇伤兵的呻吟声，杂乱地搅成一团。”
双方在拼杀，战斗至为激烈。日军不熟悉山地战术的特点，除一小股占领附近的老爷庙外，其余的始终在公路上挨打。八路军第115师各团第2部队迅速越过公路夺占了老爷庙等地，将日军分割包围。后来，板垣获悉其辎重部队和一部精锐在平型关遭伏击的消息后，一面派部队火速支援，一面请求空军支援。当敌机飞临战场上空时，发现八路军在与日军近身肉搏，只好在空中盘旋，无从下手。八路军占领了老爷庙后，从公路南北两侧居高临下，猛打山沟里的日军使其无缝可钻。日军指挥官猛然醒悟过来，挥刀发令，指控日军争夺老爷庙。日军连续冲锋，八路军则不断地用手榴弹轰击，使其夺占制高点的企图始终未能得逞。经过近一天的激战，八路军终于将平型关以东5公里以内的敌人全部消灭。日军死伤的人马、被毁的汽车、遗弃的武器，狼藉遍地，塞满了两山之间的公路。
接着，八路军又集中兵力向平型关前敌人前线阵地东跑池高地发起进攻，夺取了日军阵地一处，并包围了日军。那里本是国民党军出击的阵地，国民党军虽有8个团的兵力，却违约按兵不动，以致敌人于第二天得到增援，向浑源方向突围。这时，在东河南镇方面也发现了增援的敌人，与此同时，敌人又调来大批飞机，向八路军阵地整日轰炸。八路军已连日激战，队伍又分散在南北，于是决定结束战斗，平型关战役遂告结束。
据统计，此次战役，歼灭日军1000多人，毁敌汽车80余辆，缴敌“92”式野炮一门，轻重机枪20多挺，步枪300余支，摩托车3辆，掷弹筒20多个，炮弹二三百箱，战马53匹，另有大量军用物品，单是军用大衣，就足够八路军每人一件。同时，八路军也伤亡600余人，胜利的代价是很大的。
平型关大捷的消息不胫而走，传遍了长城内外、大江南北，在中国大大地激起了广大民众战胜日寇的信心和决心。
在陕北一个普通的窑洞里，毛泽东正与八路军总司令朱德、参谋长叶剑英、政治部主任任弼时等人畅谈着这抗战以来的首次胜利。毛泽东面带喜色，手持香烟，侃侃而谈：“我们八路军改编后，首次出师，即取此大胜，可嘉可贺。这次胜利用事实告诉了全国人民，日寇并非不可战胜，‘皇军’天下无敌的神话也成了历史的笑柄。”
“是啊，我们这一个漂亮仗，不仅鼓舞了民众的抗日信心，还戳穿了狂妄的日本法西斯军阀们宣扬的一个月即可灭亡中国的谎言。同时，也能医治我们国内一部分人的恐日病，日本已不再是那么可怕的魔鬼。即使是‘魔鬼’，我们的战士也同样把它交给‘阎王’。”朱德总司令以幽默的语调述说着。
“我们也给蒋介石发个捷报吧，让他知道我们的八路军与他的嫡系王牌见到日军就逃跑的‘长腿’军队是迥然不同的。”叶剑英参谋长在一旁提醒道。
政治部主任任弼时也深表赞同地说：“对，对，也让老蒋高兴高兴嘛！”
毛泽东说：“好啊，给老蒋一个‘定心丸’，我们抗战是有前途、有希望的。电报就由总参谋处去发吧。”
于是，八路军总部在平型关大捷的第二天就向南京发出了捷报。
当不足150字的电文传到蒋介石手中时，他沉默了良久。自“七·七”事变起，与日本开战以来，各地国民党军队传来的都是失利的战报。而他剿了10年也未能剿灭的共产党，首次出师，即获大捷。蒋介石从沉思中醒悟，再次读了捷报全文，眼珠转转，皱了一下眉头，说道：“来人。”
侍卫副官应声而入。蒋介石以低沉的语调向副官说道：“向共产党八路军司令朱德发电祝捷。”
侍卫副官记下电文，转身刚要离去，蒋介石又挥手说道：“慢，告诉军需处，拨一批慰问品和慰问金，送给平型关战斗获胜的八路军。”
“是！”副官答应一声，举手敬礼，匆匆离去。
与此同时，第二战区司令官阎锡山和全国各省的省政府及国民党各部队，都频频向八路军发去祝捷电报。平型关大捷鼓舞了抗日将士的士气。
与此相反，平型关战报中，八路军歼灭板垣师团精锐一部的消息传到日本侵华军营时，也是一石激起千层浪。狂妄的日军认为这是奇耻大辱，东条英机更是暴跳如雷。他认为这有损国威，有辱军威。东条一面派出其精锐之一部南下支援第5师团；一面向东京发电，要求增调部队，并由他亲自率领由晋北突击山西与由正太路而西上的华北方面军构成钳形攻势，尽快占领山西，巩固在华北的占领区。
东京。日本参谋本部也为此次作战失利而恼火，因为这不仅仅在于“皇军”损失了1000多人和大批辎重，而在于影响了在华日军的士气，使一大批士兵再也不相信“支那军队不堪一击”的话。为此，参谋本部电令华北方面军迅速向山西挺进，攻克太原。板垣的第5师团于10月2日在平型关以西大营镇接到华北方面军转达的这项命令后，即刻加紧部署，一场恶战又将拉开序幕。日军参谋本部在给华北方面军下令攻击太原的同时，命令东条派其“蒙疆兵团”之一部配合板垣第5师团在山西作战，另以其主力由大同攻击包头，占领广阔的内蒙古草原。
东条英机发疯般地命其“察哈尔兵团”全面出击。正在东条全面部署之际，参谋本部发来急电：
鉴于目前“满洲国”内抗日情绪的增长及抗日活动的频繁，为整体战略考虑，需要巩固满蒙地带，能担此重任者唯东条参谋长。令你即日返回长春，你部仍旧属关东军建制，现暂由新成立之第36师团师团长后宫淳指挥，按既定战斗部署行动。
东条英机接到电报后，立即向前来办理交接手续的36师团师团长后宫淳介绍了作战情况及下一步战略部署，并于当天夜间踏上了开赴长春的军列。这个人间“魔头”怀着对“天皇”的忠诚，带着在华北的“辉煌战绩”，又迈向了东北的黑土地，他到了哪里，哪里就会变成人间地狱。
1937年后，日伪军在哈绥线实行大扫荡，在黑龙江进行大屠杀，在全东北地区全面实行归屯并户，结果形成了大片的荒凉区。仅伪松江省抚运县就有6千户被烧。一个参加当时“治安肃正”作战的日本战犯，在回忆中写道：“山半腰有块石头像屏风似的。向左一拐，道路有些平坦，岩下有两米宽的路。右侧是刀削般的悬崖，距沟底约80米。右后方一眼可望见一个小村落。平常，不论沟底还是山腰的田间，都有很多庄稼人干活，可是现在，连个人影都没有，死一般沉寂，田间的大豆已失去了主人，沉甸甸的谷穗也低垂着头无人收割。村上空还不断冒着燃烧的火焰，再也听不见惨叫声，人都已经死了。这时，只有太阳像盛怒似地喷着火。”
苍天含悲，大地含泪。东北的父老乡亲正在遭受日寇的残暴统治，过着暗无天日的生活，一切都笼罩在恐怖之中，东条英机指挥的伪宪特警肆意横行，犯下了一桩桩、一件件罪行。
无独有偶，当东条英机指挥手握屠刀的关东军在晋北，东北横行时，日本的华中方面军在松井石根的指挥下也在南中国制造着一桩桩灭绝人性的惨案，南京大屠杀就是一场空前的浩劫。
“七·七”事变后，日本一方面命华北驻屯军和关东军在津浦、平汉、平绥线展开攻击；一面调兵南下，窥伺上海，逼视南京，以达征服中国之目的。为此，日军于8月9日派出其武装官兵侵入我虹桥机场警戒线滋事，要挟中国方面撤退保安队，撤除防御工事，否则，即“4个小时占领上海，24小时占领南京”。
上海是中国的门户，是全国的经济中心，中国当局不能接受这种屈辱的城下之盟。要挟不成，日寇便于8月13日9时以租界为据点，突然向闸北进攻，占领八字桥和持志大学，并以海军舰艇猛轰上海市区。当时，京(南京)沪警备司令张治中所部驻守京(南京)沪铁路沿线；苏浙边区主任张发奎所部驻守沪杭铁路一带；上海守备任务由淞沪警备司令杨虎所辖的保安总队担任。战争开始后，中国方面密令部队向上海集中，以迅速击退侵入淞沪之敌，确保京沪政治经济中心。为了歼灭敌人有生力量，中国守军采取攻势作战，由张治中所部攻击虹口、杨浦，张发奎所部强袭浦东，并警备杭州湾北岸，防止日军由海上登陆。8月14日，中国政府发表自卫抗战声明，中日在淞沪地带展开激战。
在淞沪开战后，日本于8月15日以松井石根为司令官，组成上海派遣军，并开始讨论成立指导战争的机构“战时大本营”，以加强作战指挥。8月22日，松井石根率第3、第31师团在吴淞、川沙强行登陆。中国继以第15集团军陈诚所部增援、狙击，在宝山、月浦、罗店、浏河一线发生激烈战斗。9月11日，日军增派第9、第13、第101师团及野战重炮旅团等投入上海作战。这时，日军在淞沪战场集结兵力已达10万人，火炮300余门，战车200余辆，飞机也增至200余架。由于日军的不断增援，中国守军被迫转入守势，丧失了战役初期的主动权。9月11日，中国守军退守北站、江湾、庙行、罗店、浏河一带。日军为确保其侧背安全，从9月22日起，在战斗机和炮火的掩护下，向浏罗公路猛扑。中国守军伤亡惨重，陈诚左翼作战军继向蕴藻浜南岸、陈行、广福一线转移。日军为了切断中国守军闸北、江湾、庙行的归路，企图南渡蕴藻浜，控制大场、南翔。10月11日后，双方在蕴藻浜沿岸展开激战。25日，中国守军退至走马场、大场、新泾桥一带。26日，中央作战军主力撤至苏州河南岸至小南翔地区。为掩护友军撤退，第88师第524团一营的800名官兵，在团副谢晋元的率领下，孤守北行四行仓库，与敌激战4昼夜，其英勇奋战精神，震动全国。此后上海战局呈僵持状态。
