日军第一军于十日占领河北省石家庄后，令第二十师团沿正太铁路(正定至太原)向山西进攻，以配合由晋北南下的日军会攻太原。
中国第二战区部队一部，在副司令长官黄绍竑指挥下，在娘子关南北地区布防阻击日军的进攻。日军第二十师团一部，在师团长川岸文三郎指挥下分两个纵队西进。右纵队沿井陉、娘子关向石门口进攻，左纵队沿微水、测渔镇向石门口进攻。
十一日，日军进到井陉与在此警戒的中国军队一部接触。黄绍竑急令右翼第三军向娘子关靠拢，主力集结于大小梁江。
十二日晚，日军突破井陉南刘家沟守军阵地，占领井陉。
十三日晨攻占旧关，当日夜，中国第十七师所部向长生口方向日军反击，曾克复刘家沟、长生口和井陉南关车站，但因娘子关以东雪花山失守，第十七师反攻未逞，退守乏驴岭。
十四日拂晓，第二十六路军第二十七师两个团向占领旧关的日军反击，将该部日军压缩到核桃园东南高地。当日，日军一部由娘子关以北洪子店西进，在六岭关附近被守军第四旅击退。
这时，阎锡山限令黄绍竑和第三军军长曾万钟于十六日消灭旧关附近日军。当日夜，第二十七师和第三军一部将关沟和旧关的日军包围。日军一部增援。双方展开激战，至二十日，形成对峙。
日军华北方面军司令官寺内寿一于二十日，令第二十师团向阳泉地区进攻。当日，第二十师团以右纵队攻击井陉、新关、固驿镇方面及以北的守军防御阵线；以左纵队沿横口、测鱼镇、固驿镇向娘子关正面守军后方迂回。
当日拂晓，日军右纵队在飞机支援下向娘子关正面守军展开攻击，战至二十二日，守军伤亡极重，即缩短战线于当日夜间转移至神仙洞、绵山、苇泽关、七八五点三高地、宋家岩底一线阵地。
这时，日军已迂回到娘子关正面守军的右后侧。黄绍竑请示阎锡山后，将娘子关一线守军主力后撤。