占领大同地区的日本关东军闻知中日两军在平型关展开激战，决定从茹越口方面发动进攻，以协同第5师团进入代县附近，命令混成第15旅团和混成第2旅团迅速击破当面的中国军队，进入繁峙，独立混成第1旅团主力迅速进入朔县。混成第15旅团于9月25日从尚希庄出发，当日到达应县，26日向茹越口发动攻击。该地守军第34军第203旅顽强抵抗，激战终日，敌攻击未逞。第34军为增强该地防务，命令第196旅派1个团移至铁角岭策应。日军混成第2旅团于25日从浑源出发，于26日攻击下社。该旅也受到当地守军的阻击，攻击未能成功。　 　　阎锡山因受到第18集团军第115师在平型关战斗胜利的刺激和鼓舞，认为在平型关外作战大有可为，因而决心彻底放弃原来把日军放进关内在砂河会战的方针，于26日晚间向五台朱德总司令、大营傅作义总司令、砂河杨爱源总司令发出了如下命令：“(一)平型关正面之敌连日与我激战，已被我击退，本日敌由浑源、灵丘增援甚众，其一部约2000余(人)，炮20余门，向茹越口一带进攻，似有进入关内之企图。(二)6集团军应联合18集团军及总预备军，迅速击破攻平型关之敌。7集团军之杨澄源军应竭力抗拒茹越口一带之敌。其余各军固守阵地，以待我主力转移反攻该敌。(三)各集团军应本以上要旨妥筹部署，即行开始动作。”阎并令陈长捷部新组成的第61军速援平型关，傅作义负平型关方面指挥的全责。 　　第61军各部于27日到达平型关、团城口前线附近。傅作义急令其先头部队第217旅解救第71师在迷回、涧头之围。第217旅以第434团攻击包围涧头日军，并协同守涧头的第71师一部向迷回东进。包围迷回的日军增加兵力反扑。第217旅全部展开，继续进攻迷回。这时鹞子涧日军南下增援迷回，东、西跑池的日军也冲下山来向第217旅右侧攻击。第61军即令展开于齐城以东地区的第208旅进到第217旅右侧迎击西跑池之敌。接着第217旅和第208旅在2个炮兵营的支援下向敌发起攻击。包围迷回之日军分别向鹞子涧、东西跑池撤退。第71师迷回之围遂被解除。此后，两军在东跑池南形成相持状态。 　　28日，占领迷回北山的第217旅第434团，在夺取迷回胜利的鼓舞下，未等主力行动便一举攻占鹞子涧，又占领1886．6高地。日军此时从团城口、关沟两面夹击鹞子涧。日军首先攻占1886．6高地，然后向鹞子涧全力攻击。双方在村内展开肉搏。最后，陈继贤团长以下全团(除一个通信排和部分伤员外)官兵壮烈牺牲。为此，旅长梁春溥受到戴罪立功的警告处分。 　　在鹞子涧激战的同时，攻占1886．6高地的日军一部与第61军第208旅展开争夺东、西跑池制高点的战斗。两军反复冲杀。团长刘崇一重伤后仍指挥战斗。经过激烈争夺后，守军将日军击退到东跑池山下，稳定了东、西跑池的防御阵地。在此期间，在平型关正面防御的独立第8旅抽调2个营增援东跑池。第61军也派在涧头的独立新2旅的一部向东跑池增援。两方面的增援部队到达时，日军已被第208旅击退至东跑池山下。 　　日军被阻在东跑池山下后改变攻击方向，越过1886．6高地东侧北进，会合从团城口南攻的部队占领鹞子涧，接着向六郎城攻击。防守该地的第71师部队退到迷回北山。日军向迷回北攻击，受到守军第217旅和第71师部队的阻击。日军便占领了六郎城西的1635．9高地。独立第2旅和第71师一部组织向该高地反攻，但被日军击退于半山。此后，中日两军就在此地混战。傅作义命令第61军坚持作战，等待第35军援兵的到来。