责进攻的日军是步兵第二大队和第三大队，但此时这两个大队都不满编，第二大队第六中队负责保护炮兵阵地，第三大队第十一中队则是担任茹越口西北方向的佯攻牵制任务。
担任防守的第四百二十七团一营、三营将士死战不退，顽强坚守阵地，多次击退日军进攻。
日军为了拿下高地，飞机、野炮轮番上阵，将晋绥军的阵地摧毁殆尽。面对此种情况，晋绥军将士只能趁着日军炮火停歇后抓紧时间抢修阵地，以单兵对抗迎击日军。
战至下午一点，晋绥军损失惨重，阵地不断被日军突破压缩，战况岌岌可危。
与此同时，位于茹越口西北方向的日军步兵第十一中队在看到联队主力攻击顺利后，也按捺不住那颗蠢蠢欲动的心，向着第四百零六团发动了进攻。
上午九点三十分，后藤十郎抽调预备队第一中队运动到第十一中队右侧，支援第十一中队的作战。第一中队在中午时分抵达攻击位置，未做任何休整，立即就对隘口西侧制高点展开攻击。守军虽然抵抗英勇，但是因为敌我双方实力差距太大，最终不敌败下阵来。下午一点四十左右，第一中队攻占隘口西侧高地。
尽管第四百二十七团损失惨重，阵地被接连突破，但是他们依旧没有退缩，放弃抵抗，而是收缩兵力，重新构筑防线，阻挡日军进攻。
下午四点二十分，筱原诚一郎重新调整兵力，将预备队第一大队增调到前线，由第一大队大队长一并指挥第一中队，向第四百零六团阵地进攻，并抽调第十一中队作为预备队并保护炮兵阵地。步兵第十六联队主力继续进攻第四百二十七团阵地，争取全歼晋绥军。同时命令野炮兵第二联队向前推进到茹越口附近，为步兵提供火力支援。但是此时第一大队和野炮兵第二联队都不是满编状态，第一大队两个步兵中队都不在前线，野炮兵第二联队也只有一个炮兵大队抵达战场。之所以出现这种情况是因为独立第 15 混成旅团一部兵力被东条英机作为察哈尔派遣军的预备队留守大同，另有一部兵力被抽调到浑源方向直接支援平型关一线的大战。
此时茹越口战场形势是步兵第十六联队主力两个大队对阵第四百二十七团，以步兵第一大队携第一中队对阵第四百零六团。
日军兵力调