日军占领南口与张家口两镇和交通咽喉，察哈尔全省很快被其控制。于是，日军复以张家口为根据地而进攻大同与张家口之间的军事要塞天镇、阳高，叩山西之门户，以取大同。在这关乎民族存亡的紧急关头，李服膺依然消极抵抗，致使天镇于9月8日失陷。第二天，丰镇告急，孤山与兴和相继陷入危急。与此同时，日军的另一路则用七辆坦克冲进李服膺司令部所在地阳高，李氏率众参谋人员出逃，阳高随之沦陷。13日，大同陷于敌手，晋省门户洞开，敌军大队人马分两路向内地扑来，进太行，叩雁门关。时分兵驻守阳高、蔚县、广灵、灵邱、涞源等平汉与平绥路间唯一可连接地带的刘汝明部，见日寇气势汹汹，纷纷溃退，致使局势江河溃堤，不可收拾。虽有中共指挥的八路军林彪一一五师在平型关对日军予以严重打击，但仍未能阻止敌人南下的步伐，具有“天险”之称的雁门关于9月27日弃守。
当此之时，能给予中国以枪弹支援的列强只有苏联一家，而由苏联运往中国的线路有二：一条是经外蒙古、内蒙古、山西大同至内地；一条经新疆、甘肃、陕西，连接陇海路。如果大同、雁门关失守，太原自是难保，中苏枪械运输线即被掐断，这对交战正酣的上海战事乃至以后整个中国的持续抗战，无疑是致命打击。对此，蒋介石闻讯极为震痛，其悲愤痛扼之状从14日蒋氏日记中可以看到：“阎之罪恶甚于宋之（失）平津，其为无胆识，一至于此，实为梦想所不及也，可痛之至。对于苏俄之运货交通更生难矣。”
为保上述通道不被斩断，蒋介石遂有加强上海战事，以吸引日军主力，保住中俄运输线的作战计划。
蹲守在山西老巢的阎锡山同样深知大同与雁门关失陷对三晋和中国全局抗战影响之巨，盛怒之下命人将败军之将李服膺押解至太原，来了个挥泪斩马谡，以振军纪。10月3日晚，李服膺在太原被枪决。未久，蒋介石下令对刘汝明撤职查办。[4]
雁门关失守，日军随即突破晋军阎锡山部设在晋北的长城防线，进逼太原以北的忻州要塞。为挽回颓局，阎锡山下令驻忻口晋军严防死守。于是，双方展开血战，阵地多次反复易手，争夺持续20余日。日军消耗兵力达2万余人，晋军更是伤亡惨重，第九军军长郝梦龄、第五十四师师长刘家麒等将领阵亡。交战中，日军源源不断地增兵，并伴随猛烈炮火步步紧逼，晋军终于不支，败退太原。自此，整个晋北沦入敌手，著名的风景名胜五台山等殿宇庙堂一并遭到炮火毁坏。
10月13日，石家庄彻底沦陷，日军第一军团沿正太铁路线向三晋大地推进。蒋介石立即抽调第一战区两个军团，由第二战区副司令长官黄绍竑指挥，火速赶至娘子关增援晋军。
10月29日，南京国防最高会议正式决定国民政府迁都重庆，并对外公告，向全世界展示了中国政府和军民长期抗战，决不屈服于倭寇的坚定信念。
11月5日，河南安阳沦陷。日军的铁蹄踏进了这座历史古城，随军而至的日本“学者”窜到小屯殷墟遗址，开始明火执仗地大肆盗掘、劫掠地下文物，小屯四周被掘得满目疮痍，一片狼藉，大批地下文物被日军劫走。
11月8日，阎锡山弃守太原，三晋大部落入敌手。
11月11日，淞沪战场上的国民党军队已苦苦支撑达3个月之久。此次战役，中日双方共投入兵力约103万人，日本动用了28万海军陆战队与陆军精锐部队，挟4艘航空母舰、34艘大型军舰、400余架飞机与近400辆战车，与约75万中国军队进行了一场空前惨烈的大兵团会战。中日双方死伤俱重，日方阵亡达10万人，中方阵亡约30万。此次会战的规模与死伤人数，是整个二次世界大战中最大型的会战之一，无论是后来闻名欧洲的诺曼底登陆，或太平洋战场的硫磺岛大血战，都无法与之匹敌。由于装备与兵员素质等诸方面的差距悬殊，中国军队在苦战三个月后伤亡过重，力不能敌，被迫从苏州河南岸撤出。
11月12日，远东最大的海港城市上海失陷，日军转而围攻国民政府首都南京，中华民族到了最危急的紧要时刻。
在如此紧要关头，国民党内的主和派又冒出头来，力主讲和。原坚决反对和议，并力主逮捕主和派鼓吹者胡适的司法院院长居正，此时见华北与上海等地沦陷，转而力主向日方求和，并公开宣称：“如无人敢签字，彼愿为之！”[5] 11月21日，蒋介石处理南京战守事毕，面对居正等一帮外强中干，见风使舵的政客软蛋，哀其不幸，怒其不争，慨叹道：“文人老朽，以军事失利，皆倡和议，而高级将领，亦有丧胆落魄而望和者。呜呼！若辈竟无革命精神若此，究不知其昔日倡言抗战之为何也。” [6]
12月7日晨，蒋介石偕夫人宋美龄前往中山陵拜谒，因悲怆过甚，当场晕倒，随众惊骇。稍事休息，蒋携夫人匆匆回寓，继而飞离南京前往江西继续筹划战事。
