月 29 日，日军向平定地区发起进攻，在白家享守备的 31 师两个连全部牺牲，31 师被击退，平定地区失守。随后日军乘胜追击，一举攻陷了阳泉。31 日，日军又大举进攻川军防守的辛兴镇，川军不敌，阵地再次被突破。
南京见晋东形势危急，急调第一战区汤恩伯率 13 军参加晋东作战，攻击日军侧背。汤恩伯接到命令后立即率军出发，经涉县、昔阳、平定前进，对日军发动进攻。
11 月 1 日，孙连仲 26 路军占领正太路一线高地继续阻击日军，同时命令 30 师占领寿阳东部高地。川军 41 军 122 师、124 师则是退到龙泉镇构筑防线。
11 月 2 日，日军大举进攻寿阳。寿阳以东高地的 30 师遭到日军夹击，寿阳正面以及马首村阵地也遭到日军进攻。激战多时，30 师、31 师以及第 3 军一部均被日军击退，寿阳城沦陷。
至此，娘子关战役结束，东线战局彻底崩溃，太原陷入危机之中。