1937年日軍侵華戰爭全面爆發，準備一個月時間佔領山西，一路從張家口西進大同，順著同蒲路南下太原，沒有想到在忻口地區，遭到中國軍隊的頑強阻擊，為了使日軍順利南下，日方派出精銳部隊，華北方面第一軍第20師團，第二軍第108師團，直轄第109師團和第31旅團，總指揮是川岸文三郎，沿著正太路向西，直逼娘子關。
1937年10月11日，日軍20師團的77聯隊順著正太線向井陘西南的雪花山地區進攻，雪花山的守軍是27路軍趙壽山的17師，從地理位置上看，守住雪花山便守住了娘子關，10月12日一早，日軍在飛機大炮的支援下，開始向雪花山，井陘陣地猛烈進攻，一般情況下，只要控制住制高點，敵人就很難通過，但是，雪花山周圍的地勢全是緩坡，再加上日軍有飛機的掩護，，形勢似乎對中國軍隊不利，雖然經過一天的敵我反覆爭奪，但是到了12日下午，日軍開始向17師的右翼49旅的劉家溝附近攻擊，陣地被攻破，49旅開始向舊關方向撤退，井陘失守。
10月13日，攻陷井陘的日軍繼續增兵雪花山，但是進攻並不順利，中國守軍17師趁著夜色，向長生口方向的日軍反擊，一路拿下劉家溝 長生口和井陘南關車站，但是，負責雪花山的防禦部隊，17師102團團長張世俊在敵人的猛烈攻擊下，竟然違抗軍令放棄抵抗，雪花山失守，師長趙壽山大怒，為了樹立軍威，立即處死逃跑團長張世俊。
在同一時間裡，舊關被日軍佔領，舊關的失守對中國軍隊來說，無疑是沉痛的打擊，因為舊關在娘子關的南面，是娘子關的右門戶，此時的娘子關已經無險可守，但是在舊關附近的中國軍隊還是佔據優勢，如果對調集部隊，趁日軍立足未穩，奪回舊關形勢將一片大好，23日敵我雙方在舊關外，核桃園附近戰局成膠著狀態，26日，日軍反攻娘子關，29日，佔領平定，30日，佔領陽泉，11月2日攻佔壽陽。
歷時22天的娘子關戰役，雖然中國軍隊拼命抵抗，但是仍然無法挽回戰局，此戰中國軍隊先後投入將近50多個團參加作戰，將近10萬兵力，最後卻死傷2.7萬人，日軍傷亡數千人。
究其失敗原因，我們可以從一份日軍20師團的配備清單中找出原因，日軍20師團的配置，不但有各兵種的均衡配置，還有大量的攻堅部隊，戰車隊，裝甲車隊，獨立重炮旅團，重機槍大隊，強大的航空兵團和防空部隊，同時配備隨軍作戰的後備隊。娘子關地區，雖然建築了一些炮位，但是一門大炮也沒有，後來支援上來的炮兵團面臨一系列的困境，炮兵第30團，有14門山西造一三式大炮，但是大炮往往在轉移陣地時，沒有步兵的保護和騾馬的缺失，無法快速實現機動能力，發射炮彈也是臨時拉上來的民夫，一邊訓練一邊操作，和敵人作戰。
