日军由于前期在原平作战的消耗较大，人员和物资需要补足，无奈只能在原平休整，等待后方集中大部队进行物资运送，所以直到10月20日主力才进入到忻口前沿，比前世足足晚了两周多。
因为有了充足的准备时间，中国军队在忻口前线的防御安排周严了不少，后勤供应也更加充足。中央军14集团军的前锋在10月5日抵达忻口，10月10日时主力全部到达，经过商议，最终安排：在忻口战场中线由第九军郝梦玲指挥第9军、19军、35军、61军，右翼15军军长刘茂恩指挥15军、17军，左翼14军军长李默庵指挥14军、第85师、第66师、第71师，各部由卫立煌统一指挥。虽然山西被列入二战区，阎锡山也是二战区的司令长官，但是面对日本大兵压境，阎锡山想让中央军能用心抵抗，就将总指挥的职务让给了卫立煌，让晋绥军都接受卫立煌的指挥。
各部在到达指定阵地之后就开始日夜不停的挖设防御工事，包括晋绥军在内的各部，都在自己防区内设置了几道工事，力求增加战斗纵深。
根据前面作战得出的教训，想要防住日军的进攻，必须多设立几道工事，以增加作战的纵深，其中中线南怀化阵地尤其比较扎实。忻口战线的防御阵地，从南怀化中央阵地一直扩展至左翼茹家庄等地，右翼扩展至灵山一线。
晋绥军的炮兵则按照战前演练的经验进行布置，炮兵阵地都建有防炮洞和曲型战线，将炮兵阵地布置在反斜面，并布置了不少防空炮，以应对日军飞机的低空轰炸。
第五师团号称日军钢军的确名不虚传，上来就给守军一个下马威，第五师团先是以炮兵和飞机轰炸开路，第五师团的炮兵轰炸非常精准，往往守军的一个火力点射击不了多久，就会被日军发现并由前线炮兵摧毁，一个师团加上配属的一个旅团，一个支队的攻势，就给了忻口前线的所有部队很大的压力，前线部队几乎都没有和日军精锐师团交手的经验，对于日军的精悍虽有耳闻，但是没有领教过，第五师团这种常设师团的士兵，几乎人人都是神枪手，第一轮接战，守军阵地上好多人都是被一枪爆头，在前线的守军发现日军不光射击精度高，火力配置也非常合理，机枪，掷弹筒，步兵炮，后方火炮的层级搭配非常高，冲锋也很有章