1936年7月，日军侵占察北六县后，准备进犯绥远。阎锡山感到日军进窥绥远，已非空口所能拒止，不得不改弦易辙，提出“抱着弱国的态度，守土抗战，踢破经常范围，加紧自强”的方针。在“九一八”事变五周年纪念日，成立了山西统一战线性质的抗日救亡群众组织——“牺牲救国同盟会”。薄一波等共产党人由北平回到山西，即负起了领导“牺牲救国同盟会”的责任，提出了“不分党派，不分男女，不分职业，只要不愿做亡国奴的人们，一齐动员起来，积极参加一切救亡运动”的总纲领。这时，全国各地许多进步青年涌向山西。“牺牲救国同盟会”在薄一波等主持下，成立了军政训练委员会。次年初，又在太原举办了“国民兵军官教导团”，训练进步青年。
11月，阎锡山看到日军进攻绥远已部署就绪，战火马上就要燃烧起来，便决心收复绥北要地百灵庙，以遂行其“守土抗战”的主张。22日，令傅作义指挥晋军向日军发起进攻，经过激战，将敌击溃，收复了百灵庙。但是，当傅作义拟乘胜收复商都时，阎急予制止，专门派人赴绥密告傅：“商都不属晋绥管辖，与百灵庙原属绥远不同。我们若攻商都，诚恐日方有所借口，会对晋绥不利。”
“七七”事变后，阎锡山奉蒋介石电召，前往南京参加军事会议，被国民党政府任命为第二战区司令长官，晋军改编为第六、第七集团军，共产党领导的八路军改编为第十八集团军，总司令朱德兼任第二战区副司令长官。第十八集团军挺进华北前线，与国民党军联合抗日。
8月上旬，日军侵入南口后，战事进入第二战区晋绥两省。阎将部队布防于天镇、大同等要隘，自己到雁门关西面的岭口，布置行营，亲自指挥作战。在这期间，八路军的高级将领周恩来、彭德怀、彭雪枫等经常去行营与他会晤。周恩来根据当时形势，说明目前虽然敌强我弱，但只要我们动员全民，团结奋斗，就可削弱敌人力量，增强我们的力量，打败日本，收复失地，鼓励他坚持抗战。阎要求周恩来为第二战区拟制作战计划，周恩来只用了一天时间即写成，他看了十分惊异，敬佩不已，连声赞叹：“写得这样好，这样快，如能这样打，中国必胜。”此后，他每日早晨约周恩来去办公，并通令晋军全军学习八路军的办法。后来，周恩来提出一个在沦陷区成立“战地动员委员会”的条例，阎先不同意，后经薄一波解说，才同意了。
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