1937年10月13日，日军左右两支军队进犯到了山西忻口正面。
其中，右翼是日本关东军的劲旅。他们猛打猛攻，大炮轰炸，势不可挡。结果，被中国守将卫立煌发现一破绽，下令中国守军隐蔽起来。等候日军冲过来时，才迎面射击。
第一战，日军死伤上千人。
也是因为这一战，日军统军将领板垣发现了中国守军的一个秘密：日军在进攻中，除受正面南怀化高地火力阻击外，伤亡主要是由两侧高崖的隐藏火力夹射所至。而南怀化居河谷中央，恰如一道门栓。只有先得南怀化，才能打开忻口大门。于是，他悄悄地从左翼抽出精锐部队若干，补充右翼，总攻南怀化。
中国守卫南怀化正面主阵地的，是郝梦龄第9军的第54师。第54师是1935年调整师，齐装满员，新调来山西，以刘家麒为师长。刘家麒奉命守南怀化主阵地，不敢懈怠，依山布阵，率领官兵日夜赶修工事。
他们刚布成阵，日军前锋就已经攻到。刘师长立即率领全师应战，又得到两侧高崖阵地火力支援，大挫日军。
再胜一阵。
不料，正在将士们欢庆胜利时，枪炮声又起。
日军几十架飞机像飞蝗一样，飞到了南怀化阵地上空。机腹舱门打开，重磅炸弹像下雨一般掉下来。轰炸过后，日军又用一百多门重炮瞄准南怀化阵地一齐轰击，接着飞机又来轰炸。日军如此反复轮换，炸过又轰，轰过又炸。只半日时间，南怀化一隅之地，落弹无数，山头皆被削平，草木被烧毁。满山新土碎石，积已盈尺，如同被犁头深翻过一遍。第54师阵地的火力点，皆被摧毁。
第三仗还没开打，刘家麒一个师，就已经死伤十之五六。
大炮轰击过后，日军五六千人，由坦克战车导引，如潮水一样涌过来。
刘家麒师长带领残军迎战。
这如何能敌？
他们虽然击毁了日军前锋三辆装甲车，但还是阻止不住铺天盖地而来的日军。结果，沿河阵地尽失。两侧高崖阵地守军本要以火力支援，也被板垣调来的曲射炮拼命压制住了。
刘家麒没办法，只好且战且退。
于是，南怀化东北高地尽失。
正在危急之时，两翼的河滩上，突然左、右各有一支军队杀到。
原来，是军长郝梦龄见刘家麒不行了，急忙从高桂滋第17军调出两个团支援。卫立煌也见刘家麒守势危急，从李默奄第14军调出一个师。两支军各有几千人，从左右两边赶到，一齐杀向日军，并且冲上南怀化主峰，救出了刘家麒。
正在他们截住日军斩杀时，日军的板垣也从后队快速调来了援军。
于是，在南怀化一带，中日两军各有万余兵相接，白刃格斗，混战在一起。
双方争半日，各死伤数千人，但还是没有停止。
直到黄昏时分，红日西沉，所有的官兵都杀得精疲力竭了，双方才各自收兵。
战斗结束时，日军仍然占据着南怀化东北高地，中国守军仍据守着南怀化西南高地。双方继续隔山坡进行对峙，其中不少阵地犬牙交错，甚至相互包围着。
虽然双方打了一个平手，但是，中日两军各自出动上万兵马混战在一起，写入了中国抗战的历史。
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