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1939年10月，第2战区中央集团军总司令卫立煌致电南京：“急！每日血战死伤达三千。如果不急速补充兵源，再抵数日，已无兵可用。”

忻口战斗激烈程度可从电报中窥视一二。

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10月20日，日军满载400辆汽车的援军投入战场。战役规模迅速扩大，我投入到8个军轮流上阵拼杀，总兵力达到14万多人。山西是晋军老家，稳坐山西抵制中央二十多年的老军阀阎锡山再也不耍滑头，以前蒋介石是要我的地，现在日本鬼子要我的命，不拼不行了。拼了血本把压箱宝贝--多年来购置的火炮全部压在忻口。即便如此，日军在大炮火力还是远远超过中国军队，同时还有绝对优势的空军力量。丧心病狂的日军见反复冲杀不能击溃国军，无计可施，竟然不顾违反日内瓦条约使用了毒气弹和燃烧弹，空军对中国阵地反复和轰炸和扫射，日军冲锋时配有专门的喷火兵，对中国阵地每次横扫，都有三四名战士被活活烧死，每次刚刚增援上去的部队，不到半天时间就要减员过半。七十二师抵达阵地尚有八千多人，打倒只剩两千人仍然坚守阵地，不肯撤防修整。打到激烈时，军长、师长全部拿着长短枪冲上阵地与敌搏杀。9军军长郝梦龄中将（牺牲后被迫晋为上将）、第54师师长刘家琪少将、独立第5旅旅长郑廷珍少将等，均壮烈殉国。

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在忻口中日血战20多天，日军并无进展，实际上已经陷于进退两难的境况。但可惜的是娘子关战场以及平定、阳泉等战场都相继被日军占领，日军已经形成对忻口的半包围状态，忻口再守下去已经没有军事意义，1939年11月2日，总指挥卫立煌接二战区司令长官阎锡山命令，决定撤出忻口，转战太原。由于准备有序，再加上是在对峙中突然撤离，日军当时并无察觉，等到日军发现后追至太原，国军已经布好防线，太原保卫战拉开帷幕。