日本空軍出動飛機進行轟炸後的第二天，已經準備充分的日軍部隊，在日軍第一軍司令官筱塚義男中將的命令下，於傍晚時分突然一齊出動，由東、西、北三麵“以鉗形並配以中央突破之方式”進犯中條山地區。
東線，日軍第三十五師團師團長原田雄吉中將和第二十一師團師團長田中久一中將各自帶領部隊，在騎兵第四獨立旅團和收編的偽軍張嵐峰、劉彥峰部的配合下，沿道清路西段分三路向濟源和孟縣方向攻擊前進。
西線，日軍第三十七師團師團長安達二十三中將、第三十六師團師團長井關仞中將、獨立混成第16旅團旅團長若鬆平治少將指揮著各自的部隊，自聞喜、夏縣東南向張店鎮方向攻擊前進。
北線，日軍第四十一師團師團長清水規矩中將以及獨立混成第九旅團池之上賢吉少將率領各自的部隊，負責用閃電戰術進行中央突破，由橫嶺關方麵向橫垣大道西側猛攻。
東北線，日軍剛剛補充了一部分兵力的第三十三師團師團長櫻井省三中將加強了獨立混成第四旅團一部，從陽城方麵向董封鎮一線攻擊前進。
日軍發起全麵的進攻後的第一天，在東線的日軍以溫縣為發，集中了五千多名步兵和一千多名騎兵，配置了大量火炮，在數十架飛機，一百輛坦克和裝甲車的配合下，沿黃河北岸向華夏政府第一戰區第九軍所在區域發動了強攻，在日軍的突然猛烈攻擊下，守軍第九軍被打得節節後撤。
而西線則是日軍的主攻方向，日軍將部隊分成好幾路縱隊，在空中飛機的支援下，向西村、辛犁園、王家窯頭、梁家窯頭向第八十軍新編第二十七師的防禦陣地進行猛攻，另外派出第三十七師團一部分兵力，向在劉家溝和古王駐防的第八十軍第一百六十五師陣地進行佯攻，用以牽製第八十軍的其它部隊。
日軍北線進攻的，就是在中條山地區華夏政府第五集團軍和第十四兩個集團軍的結合部，日軍的戰略意圖在於迅速攻占橫嶺關和橫垣大道，然後攻占垣曲縣城，對華夏政府在中條山的兩個集團軍實施分割包圍，各個殲滅。
所以，會戰一開始，日軍便集中重兵向橫垣大道兩側猛攻，駐守橫嶺關東北側的華夏政府晉綏軍的第四十三軍和西南側的第五集團軍的第十七軍同時遭受日軍重兵攻擊，一時間橫嶺關槍炮聲四起，華夏守軍在日軍的猛攻下打得異常的慘烈。
唯一好一點的，就是日軍在東北線方麵的攻擊了，由於第三十三師團之前在上高地區損失慘重，部隊雖然緊急的補充了一部分的新兵，但由於時間緊張，補充的兵力隻能讓整個師團恢複到滿編時的七成狀態。
而駐防這一線的華夏守軍則是以第十四集團軍為主，其中有第十四集團軍的司令部、第九十八軍、以及第十五軍和第九十三軍，而且，第十四集團軍也是華夏政府的直係部隊，武器裝備要比第五集團軍強上很多。
日軍在第一天的進攻中，主要是對第十四集團軍的第九十八軍防線發起猛攻，第九十八軍的武軍長帶領部隊拚死抵抗，多次擊退日軍發起的進攻，將日軍的進攻部隊徹底擊潰，並且還斃敵日軍第三十三師團的一名聯隊長及七百多名日軍官兵，可謂是戰果豐厚。
但是，整個戰場上，隻有東北線的戰局對華夏部隊有利，其它各條戰線上，華夏各部隊麵對日軍的全麵進攻，打得都是異常的艱苦，部隊的傷亡也是相當的巨大。
東線戰場在日軍全麵進攻後的第二天上午便頂不住了，在日軍的猛烈攻擊下，華夏政府第九軍的部隊損失慘重，隻能放棄濟源和孟縣兩地，全軍向西撤退。
看到東線戰場上的部隊已經全線潰退了，華夏政府第一戰區司令部命令第九軍，撤退到封門口北麵的陣地，繼續阻止日軍往西攻擊，封門口係日軍西進必經之地，也是日軍勢在必奪的要地。
西線的戰場上的華夏部隊在第二天的淩晨就被日軍突破了張店以東第二十七師的防線，這一下，第八十軍和第三軍之間的聯係就被日軍給切斷了，第八十軍的兩個師潰退至曹家川和太寨一帶，日軍攻擊部隊於當晚占據茅津渡以下的槐扒、尖坪、南溝等渡口，最遠的一支日軍部隊攻擊前進到平陸、垣曲、夏縣三縣交界處。
日軍同時也分出三路部隊攻擊華夏政府第五集團軍第三軍的防禦陣地，一路日軍向西北奔襲第七師師部駐地王家河，一路日軍向東南奔襲第三軍軍部所在地唐回。
王家河的第七師師部被日軍的攻擊部隊包圍後，第七師師長李世龍隻能率部突圍，而在唐回的第三軍軍長唐淮源在日軍部隊的猛攻下，隻能率領軍部的率殘餘人員向東撤退至溫峪一帶，結果半路被日軍擋住了去路，在部隊遭受了重大傷亡後，隻能再向東北方向撤退。
在北線戰場上，華夏軍隊也沒有能夠頂住日軍的進攻，在日軍進攻的第二天華夏政府第四十三軍在十八坪的防禦陣地就被日軍的猛攻給突破了，第四十三軍軍長趙世鈴組織力量進行了反攻，但衝了幾次都沒有能夠把突破口給堵上，於是隻能無奈的下令放棄陣地，撤向望仙莊一線。
另一邊的華夏政府第十七軍雖然依靠工事和有利的地形進行了較為有效的抵抗，沒有讓日軍突破自己的防禦陣地，但因為自己防禦陣地左右兩翼的友軍陣地接連都被日軍給突破了，也是不得不退出防線。
日軍發起全麵進攻的第二天傍晚，日軍的攻擊部隊就占領了黃河岸邊的垣曲縣城，截斷了中條山華夏軍隊與黃河南岸部隊的聯係，日軍也實現了戰前製定的中間突破計劃，華夏軍隊被分割成了兩半。
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