1937年，七七事变之后，日本大举侵华，在极短时间内占领了平津地区。随后，日军分兵沿津浦路、平汉路、平绥路及张家口方向进攻。9月底，日军中央统帅部考虑到山西的战略地位，为进一步瓦解蒋介石政权而决定推进山西作战。10月1日，统帅部下令华北方面军“以一部兵力在山西省北部作战占领太原” 。日军第一军第5师团接收会攻太原命令后，师团长板垣征四郎率部沿崞县、原平南下到达忻口，另一师团川岸第20师团侵入石家庄附近。为配合当时在忻口作战的第5师团攻占太原作战顺利，10月6日，华北方面军为“一举覆灭河北平原敌人的战斗力”，命令第一军突破石家庄后向顺德附近前进，另以一部进入井陉以西要地切断山西交通，以策应第5师团作战。
平津失陷之后，国民政府军事当局判断日军必定向内地发动大规模进攻，立即准备战斗阵容。为适应全面抗战形势，国民政府迅速组建了新的统帅机构，并将全国分为五大战区进行部署。其中，华北地区为一、二两个战区配合作战，阻挡日军攻占华北。一战区由蒋介石任司令长官，二战区由阎锡山任司令长官。 10月3日，面对南下日军，第二战区司令长官阎锡山以晋北忻口为主战场，以晋东娘子关为副战场，制定了保卫太原的防御计划。
阎锡山作为第二战区司令长官，重视晋北地区防御，将主兵力布置在忻口及其两翼，晋东地区兵力较少，最初只有阎锡山的晋绥军在晋东守备。日军近逼滹沱河北岸时，第一战区司令长官程潜令冯钦哉率第14军、第3军、第17师及第38军教导团向娘子关预备阵地转移，掩护第二战区作战。
在军事布局上，指挥中心为防备正太线被突破，将晋东门户娘子关作为防御核心。为防止娘子关遭日军包围并阻止敌人沿正太路长驱直入，指挥部在正太线上设置三道纵深防线，要求每道防线阵地依托村落或高地并以一部分兵力扼守。这样部队不仅可以轮流战斗，而且可以交替掩护，防止日军迂回包围，从而保障了坚守部队的翼侧安全。
阎锡山将大部分兵力投在晋北地区，晋东地区守军可谓兵少将寡，当时可供调遣的只有陕军冯钦哉部3个师和中央军曾万钟第3军管辖的2个师。这些部队全部被派遣在北至龙泉关南到九龙关、马岭关150里宽的第一线，后面亦没有预备队，这样的布置倘若日军捅破一个地方，全线都会崩溃。直到10月12日，阎锡山才以晋东情形紧张，调孙连仲率所属第26路军入晋增援。
娘子关战役作为抗战初期国共合作的重要战役，虽然没有抵挡住日军西进的步伐，但是中国军队在正太路沿线表现异常勇敢，以血肉之躯拖延增援日军，阻滞了日军西犯进程，也在一定程度上打破了日军“一个月拿下山西”的企图。
史学界多将忻口战役的失败归因于娘子关失守。他们认为倘若娘子关战役不败，20师团无法与北部板垣师团遥相呼应，对太原形成夹击之势，太原也不会很快沦陷。阎锡山也在日记中无不惋惜地说“假使娘关不失败，岂只念三任敌攻”
