在晋北由赵承绶节制的四个旅，阻击过程中在面对直面日军的主力部队时，都产生了不小的伤亡，再不敢在正面阻挡，纷纷运动到了日军的侧面，日军的三个师团最终行进到了忻口阵地前。
日军从1938年3月初出发，由于一路行军作战，到了1938年3月13日时才到达忻口前线。此时第四集团军早已部署到了忻口东面防线，将34军70师替换了下来，70师成为了东线的预备队。忻口前线几十万人，全军蓄势以待日军的进攻。
日军到了忻口北，刚扎下营地后，没想到就被晋绥军炮兵给了一记重锤。
第一次忻口会战后在忻口一带修建了炮兵要塞，阎锡山将自产和缴获的15门150口径火炮都布置在了这些要塞中。当初是李志坚负责将这些重炮运进要塞。
在运输过程中他玩了一些障眼法，在白天大庭广众之下将15门炮拉到火车站，在到了夜晚后，又偷偷拆解后运到了山上要塞里，并用木头仿造了这些火炮，帆布盖上之后拉回了太原。并且在炮兵要塞和太原的火炮仓库这些地方都是严禁人员进入，炮弹都是趁着夜晚偷偷运进去。所以日军得到的情报是这些重炮都在太原城内，他们没有想到这些重炮已经被布置在了忻口防线的要塞中。
晋绥军火炮比较多，日军心中都清楚，所以在扎营的时候都预先考虑到了防炮的事情，营地大多都在八公里以外，能防备绝大多数的晋绥军火炮，同时又距离前线不是太远，方便发起进攻。
虽然炮兵要塞的位置较高，居高临下的射程超过原有射程，但是晋绥军的山炮也无法超越八公里。
看到日军将营地布置在八公里外，意味着日军的绝大多数营地都在忻口炮兵要塞150毫米重炮的轰炸范围内。日军的布置情况很快反馈给阎锡山、卫立煌和中线指挥傅作义。
三人的共同意见是尽量打掉日军的炮兵，指挥和后勤，但是对于日军的营地，无法进入内部侦察，在山上用望远镜观察，最终只是发现了一处后勤营地。
在反馈给阎锡山等人后，阎锡山决定先发制人，先将这处后勤营地打掉，随后对射程内的其他日军营地自由射击，逼的日军后撤一些，将他们的锐气再打一打。
将侦察哨将地理坐标发送到要塞后，炮兵要塞中的15门重炮全部照此进行轰炸，150毫米口径的炮弹持续在这个后勤营地打掉中炸开，爆炸的火光覆盖了整个营地。
并且意外的是轰炸直接引爆了弹药仓库中的弹药，引起巨大的殉爆，之前只是知道这是一处后勤营地，没想到还有这么多的炮弹储存，日军在此处营地中的所有人都没能躲开，被炸死重伤数百人，一下子就报销了日军半个大队。
在发生炮弹殉爆后，重炮就不再轰炸这里，开始转向其他日军营地。日军在重炮射程内的其他营地也都受到了轰炸。
轰炸持续了一个多小时，在日军飞机抵达要塞上空开始轰炸时才停止，将日军前线营地炸了一个支零破碎。
日军顾不上管其他的，紧急将部队都撤到了重炮射程之外。日军来到忻口前线的第一天就遭遇了不小的挫折。
这场轰炸，使得原本日军准备的第二天一早进行的试探性进攻，在当天下午就已经打成了激烈的炮战和防空战。
上百架日军飞机，成群结队的飞机在忻口防线上空盘旋，轮着对着暴露的炮兵要塞进行轰炸，并且野战第二重炮旅团的32门重炮，也开始向炮兵要塞进行轰炸。
虽然炮兵要塞上都是提前建设好的钢筋混凝土工事，但是日军的轰炸还是也造成了一些伤亡，装备没怎么受损，但是要塞中的人却受不了，有些人在要塞中被活活的震死，震处内伤的人更多。
不过野战第二重炮旅团射击后，发现无法摧毁炮兵要塞，就停止射击，现在重炮炮弹的补充不容易，在行军过程中，被新三师摧毁了辎重部队运输的弹药，剩下的就是重炮旅团自己携带的弹药了，日军也必须算计着使用这些弹药，主要的轰炸力量就剩下天上的飞机。
在日机轰炸的过程中，要塞中的防空炮也没有闲着，日军低空轰炸的飞机被这些防空炮以及其他部队的防空机枪打爆几架后，剩余飞机不敢再低空轰炸，日机的轰炸精度直线下降，对要塞的损伤效果降低，一定程度的保护了要塞的安全。
从第二天开始，飞机轰炸之后，由于知道守军有重炮助战，所以日军的飞机一直不敢离开，时时都有飞机在炮兵要塞上候命，随时准备压制要塞炮兵的射击。
在飞机的掩护下，日军就展开了对忻口阵地的试探性进攻，在阵地前，日军纷纷踩踏地雷，第一次试探进攻后撤回，随后由小口径火炮射击开始对雷区进行轰炸，引爆雷区。
当天日军又组织了由少部分兵力进行的试探性进攻，在攻到阵地前，仍有部分人员踩雷，前线部队也知道日军只是来试探，就没有将大多数火力暴露，只是用一些步枪和少量机枪回击。
到第三天，首先是由第五师团带头，开始对中央阵地进行大规模的攻击，日军在坦克的配合下，出动多个大队，同时对正面阵地进行进攻，重炮对暴露的火力进行覆盖，在天上不间断的有飞机进行侦查和轰炸，一方面阻止晋绥军的炮兵射击，另一方面杀伤工事中的守军。日军的战略是就攻一个点，所以在少部分兵力做牵制外，主力全部攻向核心阵地。
南怀化一带属于谷地平原，地势平坦，虽然之前修筑了固定工事，但是对于日军来说，还是最利于进攻的地形。