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为加强山西防御，蒋介石令第26路军、第3军调归第二战区指挥，并令正在北上的四川部队第22集团军迅速入晋参战。这时进入山西作战的还有陕西部队第27路军。
10月6日，**致电周恩来和朱德等，要其转告国民政府军事当局：敌占石家庄后，将向西面进攻，“故龙泉关、娘子关两点须集结重兵，实行坚守，以使主力在太原以北取得胜利”，并指出这次作战的关键有三点，即除坚守娘子关、龙泉关外，还有“正面忻口地区之守备与出击（出击是主要的）”和“敌后之破坏”。
10日上午，中央集团军总司令卫立煌和参谋长郭寄峤、第9军军长郝梦龄、第54师师长刘家琪等，来到南怀化察看地形。
南怀化是个约有二百多户人家的村庄，位于北云中河南岸，东距忻口二三公里，与云中河间有相当宽的开阔地。南怀化是进攻云中河南岸的桥头堡。
卫立煌等人登上一个高坡察看。卫立煌看了看周围的地形说：“南怀化这个地方，很可能是敌人进攻的主要突击方向。界河铺我军要重点防守，但这里也不容忽视！”
刘家琪说：“总司令说得对，郝军长和我判断，敌人主要的突击方向：一是界河铺，一是南怀化，而南怀化的可能性更大。所以，我们以本师战斗力最强的322团在此防守，准备对付敌人主力的攻击。”
卫立煌点点头。然后卫立煌等人下山往回走。卫立煌说：“锡九，你所指挥的界河铺至南怀化地段，是忻口作战的主要地段，估计敌人会倾全力向你攻击。我已决定，此后的增援部队，大都用在这个方向。而且我已报阎司令长官同意，请你担任中央兵团的前敌总指挥，统一指挥这一线的部队。”
10日下午，军长郝梦龄召集54师营以上军官训话。
他说：“这次抗战是民族战争，胜则国存，败则国亡，所以只许胜不许败！人人都要抱定有我无敌，有敌无我之决心与敌拼杀。军人的天职是保国卫民，现在民不聊生，国将不国，就是吾辈军人没有尽到应尽的责任，实感可耻。欲置国家于磐石之上，欲救黎民于水火之中，必须官兵用命，奋勇战斗。我在54师时间最多久，官兵与我感情特深，现在大敌当前，我决心与全体官兵同生死，共患难，并肩战斗。阎司令长官枪毙了弃守天镇的李服膺军长，给我们做出了军法无情的榜样。希望大家千万不要以身试法！”
10日晚上，军长郝梦龄在煤油灯下给妻子剧纫秋写信：
“这次抗战，乃民族国家生存之最后关头，抱定牺牲决心，不能成功即成仁。为争取最后胜利，使中华民族永存世界之上，故成功不必在我，我先牺牲。我即牺牲后，只要国家存在，诸子教育当然不成问题。别无所念，所念者中华民国及我们最高领袖蒋委员长。倘若牺牲后，望汝好好孝顺吾母及教育子女，对于兄弟姐妹亦要照拂。故余牺牲后亦有荣。为军人者，对国际战亡，死可谓得其所矣！书与纫秋贤内助，拙夫龄字。双十节于忻口。”
日军攻占原平后，第9旅团第11联队乘火车运至原平，以小部兵力有选择地对忻口守军防线袭击，实施战役侦察，并确定了攻击时间与部署。日军把攻击部队分为左、右两翼。
左翼第21旅团第20联队第1大队展开于东泥河、王家庄、弓家庄之线，准备向下王庄守军阵地攻击；第2大队展开于旧河北村两侧，其主要突击部队准备向南怀化守军阵地攻击；第3大队位于永兴、石河地区，为预备队。第42联队三个大队一线配置，第1大队在中，第2大队在左，第3大队在右，展开于池上、新练庄，准备攻击南怀化以南高地。
右翼独立混成第15旅团的和堤支队，也展开于兰村、阎庄、卫村、水油沟和麻岗之线，准备对大白水、朦腾一线守军攻击。12日拂晓前，日军攻击部队进入攻击出发位置。
此时，中国守军也已进入防御阵地。一场大规模的攻防之战即将展开。