南口及其沿線長城要隘是阻擊日軍的天然屏障，中國方面在此布置重兵防守。1937年8月7日，日軍第5師團和獨立混成第11旅向南口及其沿線長城要隘展開進攻，南口戰(zhàn)役打響。中國守軍在湯恩伯將軍沉著堅定的指揮下，在各個陣地均與日軍展開激烈爭奪，反復沖殺，甚至一日之內(nèi)守軍傷亡1200余人。戰(zhàn)事異常激烈，但在優(yōu)勢日軍以飛機、坦克、大炮的配合攻擊下，中國軍隊處于不利情勢。南口戰(zhàn)役的同時，日軍察哈爾派遣兵團向西北重鎮(zhèn)張家口展開進攻，中國守軍一部馳援張家口。加之中國來援軍隊被日軍阻斷，中國軍隊遂于8月26日向南撤退，27日，日軍左翼第5師團和右翼獨立混成第11旅分別占領南口附近重鎮(zhèn)懷來、延慶，南口戰(zhàn)役結束。

湯恩伯所部第13軍于8月初進入南口地區(qū)布防，隨即與日本中國駐屯軍獨立混成第11旅團約15000人的進攻展開戰(zhàn)斗。在此之前，日軍旅團派出小分隊從4日開始，在南口鎮(zhèn)實施戰(zhàn)役偵察，又于8日拂曉對得勝口，9日對虎峪村實施威力搜索，10日起攻擊南口車站及其東側的龍虎臺。

11日

日軍對南口地區(qū)展開正式攻擊。其主力猛攻南口鎮(zhèn)，另以1個大隊(坂田支隊)向南口鎮(zhèn)西側地區(qū)長城線助攻，并以一部在得勝口佯攻。日軍步兵在飛機、炮兵、坦克支援下猛攻守軍陣地。守軍第89師憑有利地形頑強抵抗。經(jīng)激戰(zhàn)，日軍于13日攻占南口鎮(zhèn)，但在繼續(xù)發(fā)展進攻時受到守軍的頑強阻擊。戰(zhàn)至16日，日軍的進攻進展甚微。

日本中國駐屯軍令第5師團于16日加入南口地區(qū)的戰(zhàn)斗，并以該師團師團長板垣征四郎一并指揮第11旅團作戰(zhàn)。第5師團首先以步兵第42聯(lián)隊第1大隊增援，在坂田支隊左側展開向長城線上中國守軍攻擊。

在此之前，湯恩伯已令第4師一部在長城線上的橫嶺城占領陣地;16日，又令新增援的第94師第56團與第21師第122團合編為1個支隊，在石峽附近沿長城線占領陣地。

17日

日軍步兵第42聯(lián)隊第1大隊奪取了長城防線上的最高峰1390高地。隨后，日軍第5師團主力逐次展開于1390高地至鎮(zhèn)邊城之間，向守軍發(fā)動攻擊，并將1050高地附近作為主要突擊方向。

在此情況下，湯恩伯又令第4師第12旅加入橫嶺附近的戰(zhàn)斗。18日，傅作義率第72師、第200旅、第211旅和獨立第7旅增援到達懷淶、下花園地區(qū)，以增強南口地區(qū)的防御力量。蔣介石也急令衛(wèi)立煌所部第14集團軍經(jīng)易縣、淶水迅速向周口店一帶集中，并增援南口、懷淶地區(qū)作戰(zhàn);另令位于平漢、津浦路的部隊以一部兵力向平、津之間出擊，以配合衛(wèi)立煌軍北進。

19日

湯恩伯下令將得勝口、居庸關、鎮(zhèn)邊城一線陣地區(qū)分為3個固守區(qū)。得勝口、居庸關、青龍橋一帶為第1固守區(qū)，由第89師及新到達的第17軍第21師第121、第124團防守;東西大嶺及黃樓院一帶為第2固守區(qū)，由第21師一部及第4師第10旅防守;北石嶺、東臺、橫嶺城、鎮(zhèn)邊城一帶為第3固守區(qū)，由第4師(欠第10旅)、第72師1個旅防守。

20日，傅作義在懷淶準備組織兵力向攻擊南口地區(qū)的日軍實施反擊，但這時得悉察北日本關東軍察哈爾派遣兵團向張家口發(fā)起攻擊。于是，傅率第200旅、第211旅回援張家口，留第72師和獨立第7旅歸湯恩伯指揮，在南口地區(qū)作戰(zhàn)。

日本中國駐屯軍發(fā)現(xiàn)衛(wèi)立煌第14集團軍北進增援南口后，即派第6師團第36旅團編成牛島支隊，進入門頭溝以西山地堵?lián)?令第20師團進入良鄉(xiāng)西北山岳地帶，向守衛(wèi)在乎漢線及其西側的中國第26路軍攻擊。

19日

衛(wèi)立煌第14集團軍在周口店集結，爾后經(jīng)西部山地北進。

在居庸關與鎮(zhèn)邊城一線正面，21日拂曉，日軍向橫嶺城方面發(fā)動攻擊。其主力一部向黃土洼及其以東高地猛攻。守軍第4師第19團第1營傷亡殆盡。戰(zhàn)至中午，第4師傷亡慘重。第72師第415團增援，固守灰?guī)X子、長峪城之線。

22日

日軍一部突入長峪城北沿守軍陣地。第72師第416團增援反擊，將所失陣地奪回。爾后，日軍向灰?guī)X子第72師陣地正面攻擊，并以一部向鎮(zhèn)邊城迂回，一部突入橫嶺城南方高地。22日第14集團軍右翼第83師在干軍臺與日軍牛島支隊一部遭遇，當即展開戰(zhàn)斗。戰(zhàn)至24日，第83師留1部兵力繼續(xù)在千軍臺與日軍作戰(zhàn)外，主力繼續(xù)北進，但進至沿河緘時，被永定河洪水所阻，即改道青白石向大村西側前進。該軍左翼第10師于24日將牛島支隊另一部擊潰于大村。

23日

向鎮(zhèn)邊城西南迂回的日軍與第72師第416團展開激戰(zhàn)。日軍將該團擊退后，占領鎮(zhèn)邊城，并占領橫嶺城守軍陣地后方的水頭村。

25日

日軍猛攻橫嶺城和居庸關。中、日兩軍在這兩點上展開激戰(zhàn)。當日15時，日軍坦克沖入居庸關。守軍雖傷亡慘重，但仍占據(jù)山嶺有利地形與日軍作戰(zhàn)。當日，占領水頭的獨立第7旅(欠第620團)與日軍戰(zhàn)斗后退守懷淶。日軍隨即在飛機、炮兵支援下攻擊懷淶。正面長城線上守軍已處于被日軍包圍態(tài)勢下。

26日

下午，湯恩伯下令守軍突圍。日軍立即發(fā)起追擊，第5師團一部當日占領懷淶。

27日

獨立混成第11旅團一部占領延慶。當衛(wèi)立煌軍第10師進抵鎮(zhèn)邊城時，戰(zhàn)斗已經(jīng)結束。27日，張家口也被日本關東軍占領。

此戰(zhàn)，歷時19日，中國方面投入兵力6萬余人，日軍動用兵力約有7萬，中國軍隊傷亡29376人，日軍傷亡據(jù)日方統(tǒng)計：第5師團陣亡1431人(其中非戰(zhàn)斗死亡173人)，加上獨立混成第11旅團等部隊的損失，日軍死亡約2000人。以1：4的傷亡比來算，日軍傷亡約1萬人。

南口作戰(zhàn)雖然失敗了，但中國守軍英勇頑強、不怕犧牲的精神值得稱頌，影響也是很大的。