1937年7月7日盧溝橋事變爆發(fā)，8月20日，中華民國政府國防會議特將山西、察哈爾、綏遠(yuǎn)劃為第二戰(zhàn)區(qū)，由山西綏靖主任閻錫山任司令長官。劉茂恩將軍以第13軍團(tuán)軍團(tuán)長兼第15軍軍長的身份，增援石家莊。后因南口、張家口先后失陷，國軍退守雁門關(guān)、平型關(guān)、陽方口一帶。為確保山西，以牽制華北侵華日軍的行動(dòng)，九月初，劉茂恩將軍奉命率軍自石家莊馳援山西，以15軍占領(lǐng)平型關(guān)正面陣地，向東延長四十里，西至北樓口八十里，軍部設(shè)在在平型關(guān)后的小冶鎮(zhèn)。

9月22日，日軍第五師團(tuán)（板垣征四郎）主力，及臨時(shí)配屬之關(guān)東軍獨(dú)立混成第21旅團(tuán)（酒井鎬次），共約一萬多人，于22日發(fā)動(dòng)攻勢，次日上午二時(shí)許，約千余人突入平型關(guān)，15軍正在激戰(zhàn)中，忽然右側(cè)翼遭受攻擊，十時(shí)許、敵已進(jìn)至恒山（標(biāo)高二二一九公尺）東南五十四里地方，第65師194旅387團(tuán)截?fù)粲诎�路�?nèi)，同時(shí)388團(tuán)由兩側(cè)高地，憑依險(xiǎn)阻，俯沖夾擊，并用火力與逆襲，反覆搏斗，迭挫頑敵，正欲予以聚殲之際，忽有千余之?dāng)秤蓶|面向388團(tuán)左側(cè)背猛撲，在短促時(shí)間內(nèi)，發(fā)生四、五次劇烈的肉搏戰(zhàn)斗，雙方傷亡慘重，殘敵被迫向團(tuán)城口、蔡家峪方向潰竄。第388團(tuán)之第一、二兩營，自營長陳寶山、張全興以下軍官死傷29人，士兵陣亡約400名。

9月25日，平型關(guān)突入之?dāng)�，被我晉軍圍困于六郎城（平型關(guān)西北十二里），雙方相持，甚為激烈。9月29日、敵用汽車轉(zhuǎn)運(yùn)大部兵力，增派獨(dú)立混成第11旅團(tuán)（鈴木重康），亦系關(guān)東軍臨時(shí)配屬作戰(zhàn)，由懷仁縣南進(jìn)，突破34軍（楊澄源）及33軍防地雁門關(guān)及大小石口堡，從茹越口堡（在繁畤縣北六十里）竄入，直撲鐵角嶺，沿滹沱河北岸進(jìn)犯。30日，陷繁峙縣，威脅平型關(guān)一帶15軍之后方，我軍分兵馳援不及，遂于30日之夜奉命轉(zhuǎn)進(jìn)。正是一點(diǎn)突破，全線崩潰的慘痛局面，不堪收拾。

日本最精銳的板垣師團(tuán)主力在平型關(guān)遭到了劉茂恩將軍率領(lǐng)的中華民國國民革命軍第十五軍的全力攻擊，在此一役殲滅日軍20000余人。