平型关大捷在日军中引起的反应是强烈的，士兵锐气受挫，军事行动迟滞。正如国民党老同盟会员，当时的第二战区总动员委员会主任委员续范亭先生所言：“谨按平型关战役，八路军的大捷，其估价不仅在于双方死亡的惨重，而是在于打破了皇军不可战胜的神话，提高我们的士气。在敌人方面，从南口战役以来，日寇长驱直入，如入无人之境，在平型关忽然受到惨重的打击与包围被歼，使日寇知道中国大有人在，锐气挫折，不敢如以前那样的长驱直进。忻口战役敌人未敢贸然深入，我军士气高涨，未尝不是平型关歼灭战的影响。”
国民党的将领们，过去一直瞧不起共产党。现在共产党和红军这一在中国长期遭受围剿的政治力量和武装队伍，以其辉煌的业绩，展现在世人面前，他们不得不刮目相看。国民党几十万大军办不到的事，共产党一个师就办到了，这是为什么？他们不得不思考这个问题。不少的官兵说：
“咱们也应该好好打几仗，像八路军那样扬眉吐气地过日子，再不能让老百姓看不起咱们了。”
平型关大捷，打破了“日军不可战胜”的神话，给于“亡国论”以有力的驳斥和回击，鼓舞了全国军民抗战必胜的信心，提高了共产党、八路军的声威。
平型关八路军初战大获全胜，士气大振。此时日军两千余人已被中国军队包围在平型关外团城口、车炮池（估计是现在的跑池村）地区，一一五师按照协议，配合正面防守的国民党军队，消灭这股敌人。可是GMD军队高桂滋部队却背信弃义，当我军乘胜向被围敌军发起进攻之时，该部却按兵不动，继之放弃有利阵地，向南溃逃，使被围日军向浑源逃窜。
高桂滋84师阵地失守，郭宗汾预备第2军之第71师、新编第2师全部被日军包围，长城正面防御的形势严重恶化。
阎老西闻讯，又气又恼。他先是布下“口袋阵”，要诱敌深入；后又命令关外御敌，还要求八路军侧后配合。面对当前的危局，阎老西只好命令在代县的陈长捷第1预备军火速驰援。
25日晨，八路军围歼日军的战斗打响后，团城口的日军不仅得不到后援，而且呈腹背受敌态势，其势头锐减。下午，一一五师向东跑池之敌压迫攻击，牵制了团城口一线的日军，被围困在迷回、涧头的郭军才得到缓和。
陈长捷率部驰行80里，26日晨到达大营。接替担任总指挥的傅作义，介绍了高军与郭军互不配合、败坏战局的状况，要求陈长捷即行进击，解脱郭军各点围困，再趁势攻取鹞子涧、团城口。得手后，联系在大、小含水岭一带的八路军，夹攻敌之侧背。
陈长捷立即命令各部展开攻击。
217旅程继贤率领的434团，攻涧头、冲迷回、血战鹞子涧，成为晋绥军在平型关战役中，最为惨烈悲壮的一幕。
程继贤率队将涧头之敌击溃，救出被围的郭军新编独立第1旅一部。接着，乘433团击退日军之势，从迷回村冲上北山，将敌压迫至鹞子涧和东西跑池。天黑了，程继贤借着炮火光亮，看到鹞子涧的敌人不断向东跑池增援，估计鹞子涧已经空虚，来不及向旅部报告，迅速率队冲进了鹞子涧，歼灭了留守的日军，并占领了1396.6高地，控制了团城口要道。接着又东出六郎城，为郭军陈光斗旅解了围。
至此，战场形势大大改观。只要旅主力到达，协同陈光斗旅共同反攻，团城口即刻可得，长城防线又可恢复，阎锡山、傅作义拟定的关外歼敌的作战计划仍可实现。
但是，大好形势很快丧失。郭军陈光斗旅被解了围，却以亟需整理恢复为由，不予配合。反把217旅跟进的433团强留于迷回北侧。自己乘机悄悄急速南移，急迫避敌。
217旅旅长梁春溥，情况不明，判断失误。把鹞子涧溃退的敌人，误以为反扑迷回的援兵，居然也同意将433团留在迷回。
这样，占领了鹞子涧的程继贤434团成了一支孤军。
27日，日军察哈尔兵团什川支队及灵丘东来之敌，向鹞子涧猛攻。28日，敌约一个联队从团城口扑来，关沟方向敌人的援兵继续开来，程继贤团实际两个营的兵力，承受着日军约一个旅团的攻击。全体官兵与敌拼杀到最后，全部壮烈殉国。
日军重新占领鹞子涧后，迷回、团城口一线战事一直很激烈。208旅奋勇作战，夺回西跑池、东跑池阵地，解救出了郭军续儒林团残部。郭军428团收复六郎城。至9月29日，陈、郭两军歼敌1000余人，两军伤亡多达5000人以上。虽然团城口、鹞子涧等重要阵地没有夺回，但敌人已呈疲惫状态，敌我双方胶着对峙，平型关防线基本稳固。
这时，茹越口却出了问题。日军察哈尔兵团为了策应坂垣师团的行动，派出第15、第2独立混成旅团经应县向茹越口、繁峙发动攻击。二战区只有梁鉴堂203旅布防于隘口前方，后方纵深没有一兵一卒。
27日一整天，日军多次进攻，守军203旅427团坚决抵抗，日军未能前进一步。28日，日军步兵3000余人及骑兵一部，在飞机、大炮的掩护下，发动更猛烈的攻击，阵地终被突破。旅长梁鉴堂亲自到前沿组织反攻，被敌机枪击中，当场牺牲。预备队冲下山去与敌展开肉搏，但敌我力量悬殊，全营官兵大部阵亡。
茹越口失守，敌先后攻占铁角岭、五斗山。29日晚，敌攻占繁峙城。
九月底，日军从代县、繁峙向大营进攻，策应灵丘之敌占领平型关。
10月13日至17日，三四四旅徐旅长亲率六八七团，在平型关至灵丘之间破坏公路，袭击沿线日军，使日军受到严重打击。恐慌万状，被迫于10月16日放弃平型关向大营繁峙逃窜，关外之敌也仓皇向灵丘撤退。