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南口战役的同时，曰本鬼子察哈尔派遣兵团向西北重镇张家口展开进攻，华夏守军一部驰援张家口。
汤所部第13军于8月初进入南口地区布防，随即与曰本华夏驻屯军独立混成第11旅团约15000人的进攻展开战斗。在此之前，曰本鬼子旅团派出小分队从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，曰本鬼子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。
曰本鬼子步兵在飞机、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，曰本鬼子于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，曰本鬼子的进攻进展甚微。
曰本华夏驻屯军令第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华夏守军攻击。
在此之前，汤已令第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，曰本鬼子步兵第42联队第1大队夺取了长城防线上的最高峰1390高地。随后，曰本鬼子第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，汤又令第4师第12旅加入横岭附近的战斗。18日，傅率第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。常委员长也急令卫所部第14集团军经易县、涞水迅速向周口店一带集中，并增援南口、怀来地区作战;另令位于平汉、津浦路的部队以一部兵力向平、津之间出击，以配合卫军北进。
19日，汤下令将得胜口、居庸关、镇边城一线阵地区分为3个固守区。德胜口、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。