此时国民政府中央军在北平到山西一线的最主要存在是13军，军长为汤恩伯。在1936年年底绥远抗战爆发后，南京国民政府就为了抵抗日军侵占绥远，调13军北上到绥远准备作战，只是傅作义指挥的实在漂亮，13军到达绥远后还没来得及上阵，傅作义就指挥晋绥军一部，将日军派出进行试探中国守军强弱，充当开路先锋的伪军全部消灭，日军的爪子刚一伸出就被砍掉，暂时抑制住了这头恶狼占领绥远的野心。
不过绥远抗战结束后，13军也没有调离，就在绥远驻防了下来，此时13军成了南京政府在北平周围唯一能倚靠的中央军精锐，于是紧急电令，将13军调到北平西北面昌平的居庸关一线来阻止日军西进。
在此过程中又发生了一件令国人悲哀的事情，由于此时29军10万人已经扩编为第一集团军，下属几个师分别扩编成为59军、68军和77军，作为68军军长的刘汝明，面对日军的大兵压境，此时还担心自己的势力地盘被作为中央军的13军占领，将东进的13军阻挡了几日，后面还是经过多方斡旋和保证，13军才被放行，得以继续前进，但是几乎和日军同时到达居庸关一线，丧失了提前准备的先机。
日军出动了一个旅团来进攻居庸关这个天险，在中国耀武扬威惯了的日军，从内心里看不上中国的军队，由于中国的内政不安，内部几乎每年都有争斗，连年不断地内战使得国内民生凋敝，国家穷困非常，所以部队跟着也没有资本来更换更多现代的武器，并且经过“九一八”事变和最近的一些列互动，东北军等部队的抵抗不利，甚至不抵抗让日军对中国军人的抵抗意志也很是不屑，自大的以为所有中国军人都不敢和他们硬拼。但是在南口，13军给了日军一个教训，尤其是作为军主力的89师，在龙虎台阵地上与进攻的日军始终以死相搏，不少成编制的部队直到全部战死才休，居庸关的长城上到处都是年轻的中国男儿的热血，13军最后连军长汤恩伯的勤务兵都已经上了战场，日军混成第11旅团从8月8日开始进攻，残酷的争夺战一直打到26日，被13军给予了迎头痛击。不过13军也已经拼的力竭，并且作为日军大军洪流前的一叶扁舟，为了避免被围歼，最终只能在8月26日后退。
68军的刘汝明虽然地方主义思想严重，堪称政治上的睁眼盲，在日军大兵压境之时还是抱着内战的思维，不过作为军人也算一条汉子，率领68军在张家口抵挡日军精锐第五师团整整一个星期，这些中国军队的抵抗也开始令日军对中国军队有了那么一丝的敬重。
在汤恩伯的13军和日军血战时，虽然南口不属于山西境内，不过唇亡齿寒之下，现在所有人都知道西进日军的下一步目标一定是山西，阎锡山也立即派出晋绥军十三太保之一的李服膺，率领晋绥军的精锐61军对南口前线作战的13军进行增援。不过李服膺只是派了一个旅上前支援，且这个旅最终没能到达南口作战前线，在13军血战18天已经力竭，在8月26日从居庸关一线后撤时，61军的这个旅也只能跟着后撤。