随着1937年七七事变的爆发，全民抗战也拉开了帷幕，全国军事力量开始重新整合以更有效地对抗日军。由阎锡山为首的晋绥区划作了第二战区，晋绥军也整编成了以杨爱源为首的第6集团军和以傅作义为首的第7集团军。其中以傅作义为首的第7集团军负责平绥铁路线的防御，其下有第13军、第35军、第68师、骑2师和骑7师以及西北军刘汝明、高桂滋两支队伍。
1937年10月的忻口会战，傅作义也率队参加了，他们与敌人激战了23天，还在夜里袭击日军板垣第5师团的指挥部，让敌人在忻口前线无法前进。可惜的是，黄绍竑部队防守娘子关失败，使得日军从东边进入了山西且直逼太原，这样一来忻口守军的侧背被严重威胁。阎锡山在会议上提出了保卫太原依城野战的计划。但是以阎锡山的老奸巨猾，他为了保存自己的实力，竟然提前给亲信下令，把自己的嫡系部队撤往了晋南临汾等地方。
太原是阎锡山的老巢，他自己都不舍得用嫡系部队跟敌人拼，那来帮忙的中央军各部自然也是不舍得的，况且这来帮忙的中央军还有第二战区的副司令卫立煌管着，所以阎锡山的守城命令也是不会听的。而八路军虽然善战，但武器装备实在是太差了，用来野战还行，守城就算了。经过比较之后，唯一适合守城的是刚撤回太原的傅作义的部队，他出自晋绥军，后被张学良派往绥远，现在是半独立状态，也是实力派，所以牺牲他们，阎锡山和中央军都不会心疼。而傅作义本人又是以国家民族的利益为重的人，所以他主动请缨：弃土莫如守土光荣，太原城我守！但是他的守城队伍不过万人，还是他的嫡系第35军的孙兰峰的221旅和董其武的218旅，这两支队伍跟随傅作义作战多年，很是彪悍善战。
可惜这两支队伍的武器装备太差了，炮火和轻重机枪少得可怜，而且在忻口会战的时候已经有一半以上的伤亡了，兵力没有得到补充，实力自然也就大打折扣了。而日军不仅有十万余人，还有飞机、坦克等武器。6日黎明，日军刚开始攻城就用飞机轮番轰炸，炮兵也是集中射击，这3丈6尺高的城墙就这么被摧毁了。次日黎明，日军在强大的火力掩护之下全线进攻，并向傅作义阵地反复冲锋，而傅作义他们只能利用残垣断壁的遮挡，用手榴弹和大刀跟敌人争夺阵地，伤亡很是惨重。8日中午的时候，日军攻入太原城，傅作义部以数千人的伤亡换来了卫立煌部、孙连仲部、和王靖国、陈长捷部等20万余人的安全撤离，使得持久抗战的力量得以保存。也是因为这一战，他在1937年底被任为第二战区北路军上将总司令，第35军也扩为2师1旅