第二师团最终没有被派出进攻山西腹地。华北派遣军为了让第五师团恢复荣誉，就没有将第二师团派出，否则即使战胜之后，第五师团的荣誉也将被第二师团压制。况且东北也需要精锐部队压阵，就将第二师团撤回了东北。
在石门（石家庄）方向，在原本的二十师团外，又加强了独立第三、第四旅团。
华北派遣军司令寺内寿一是整个战役的最高指挥官。日军这次是势在必得，必须拔除山西这颗钉子。
日军对忻口会战的失败进行了细致的分析，将中国军队作用的战术进行了研究，认为第一次忻口会战，中国军队方面主要得以凭靠的是忻口的地形和游击战袭扰战。
这次想要破局，对于游击战和袭扰战，采用多路进攻的战术，以力破巧，后勤补给在出征时就要带的充分，要防止被掐断后勤线，宁可行进过程慢一点，也要保证物资的充裕。
而面对忻口防线的地利，决定采用刺刀战术，专攻一点进行凿穿，所以特别加强了一个重炮旅团，现在日本总共才有六个重炮旅团，之前在淞沪会战的时候向上海派出了一个野战第六重炮旅团，这次特意又加强给进攻山西部队一个。
在娘子关一线，为二十师团加强两个旅团，并且针对娘子关的地形，特意加强了飞行部队进行助战，娘子关的地形对从东向西的进攻非常不利，车辆无法前进，所以没有办法牵引携带大口径的火炮。
同时日军吸取了阳明堡机场被袭击的教训，在前线不再设置野战机场，飞机都在石门和大同的机场调度，从这里的机场起飞到达战场支援战斗。在石门在原有的机场规模上，又进行了扩建，建成了华北首屈一指的大型机场，这里距离娘子关非常近，可以保证飞机的滞空时间。
现在双方都是在打明牌，日军也知道中国军队的主要防线也是在忻口和娘子关，有哪些部队防守在日军那里都不是秘密。