茹越口，位于山西应县城南二十公里，是茹越山下恒山与雁门山衔接处的一个山口，占地面积约为十平方公里。茹越口是内长城雁门十八隘口之一，山峪短浅、平缓，峪口山势陡峭，极具军事价值。
茹越口往南就是繁峙县，从地理位置上来看，茹越口是雁门关和平型关之间的重要隘口，拿下茹越口，就可以直接进攻平型关后方的繁峙县，也可以向西威胁雁门关，不可谓不重要。茹越口左边是铁角岭，右边是五斗山，口子内是一条宽阔的大沟，是扼守应县到繁峙的咽喉要道。
负责防守茹越口的部队是晋绥军第六集团军下第三十四军第二百零三旅，旅长是梁鉴堂少将。第二百零三旅下辖三个团，分别是第四百零五团、第四百零六团以及第四百二十七团。根据茹越口的地形，梁旅长进行了如下部署：第四百二十七团防守茹越口，以一营、三营防守茹越口东面的山头阵地，二营防守茹越口西面的山头阵地；第四百零六团负责警戒第四百二十七团以西地区；第四百零五团担任全旅预备队，策应各方。
正当平型关方向中日两军血战的时候，接到板垣征四郎求助的东条英机命令独立第15混成旅团南下增援。
筱原诚一郎接到命令后立即率军从应县出发南下，他仔细研究完晋绥军的正面部署后，眼光毒辣地选择了茹越口作为进攻目标。于是日军浩浩荡荡，在9月26日抵达茹越口以北地区，大战即将爆发。
负责进攻的是独立第15混成旅团下的步兵第16联队，指挥官是后藤十郎大佐。此时的后藤十郎意气风发，看着前方的晋绥军阵地，不屑一顾。
下午两点，日军炮兵率先进攻，无数发炮弹如同雨点般射向晋绥军阵地。瞬间晋绥军阵地就被日军炮火淹没，守军没有火炮，无法反击，只能瑟瑟发抖地躲在工事里等待日军炮击结束。
日军猛烈地炮击持续了近一个小时，守军阵地被摧毁殆尽，人员伤亡惨重。尽管如此，守军依旧坚持死守阵地，没有一个人后退。
后藤十郎也是一位狡猾的狐狸，他很清楚茹越口的地形易守难攻，于是他又使出了日军最喜欢用的迂回战术。他命令一小部分兵力在茹越口西北方向发起佯攻，牵制隘口西侧的晋绥军部队，联队主力则是迂回至规口前一带，向茹越口东南侧的高地发起进攻。
下午三点，日军步兵跃出阵地，向着茹越口东南侧前出阵地发起冲锋。日军攻势迅猛，一浪接着一浪，以连绵之兵强攻，打得守军死伤惨重。
面对日军步兵的波浪式冲锋，守军感觉对面的日军漫山遍野，源源不断，视觉上受到了极大的震撼。晋绥军虽然武器装备在全国军队中排名靠前，但是与日军相比还是差距太大。守卫前出阵地的晋绥军只是两个步兵连，他们没有迫击炮、掷弹筒之类的火炮，只能凭借手里的轻机枪、步枪、手榴弹抵抗日军。
战斗一开始就进入了白热化状态，守军死战不退，日军势在必得，双方打得昏天黑地，日月无光。然而日军终究占据着装备优势，将晋绥军打得节节败退。激战至日落时分，日军推进到了茹越口东南侧高地下，守军在付出巨大的伤亡后奉命后撤至高地上进行防守。
太阳落山后，日军停止了进攻。这主要原因是后藤十郎太过狡猾，他很清楚日军和晋绥军之间的优势和劣势，此时他并不熟悉茹越口的地形，贸然进去很容易进入晋绥军陷阱。同时日军占据着装备优势，正面对抗晋绥军根本不是对手，所以晋绥军要想取胜，只有通过偷袭，而夜间则是最好的偷袭时间。后藤十郎命令部队停止进攻后就地修筑阵地，严密警戒，布防的滴水不漏，根本不给晋绥军一丝夜袭的机会。
梁旅长接到今天的战报后，神情瞬间凝重，他知道自己这次遇上了一个非常难缠的对手。于是他打消了准备夜袭的念头，传令给第四百二十七团，命令他们加强警戒，加固阵地，防止日军偷袭。
随着太阳的再一次升起，后藤十郎开始了他的新一轮进攻。
27日晨七点，位于崔庄的日军炮兵主力开始炮击茹越口东南侧高地。强大的炮火将高地炸得碎石四溅，火光冲天，爆炸的硝烟笼罩了整个高地。
梁旅长听着前方阵地上的隆隆炮声，内心感到无奈的同时又在担忧部下伤亡情况。让人感到悲哀的是整个第二百零三旅一门山炮都没有，只有少量迫击炮、重机枪作为火力支柱，面对日军凶猛的炮火，只能硬生生挨着，没有还击之力。
上午九点，持续了两个小时的炮击结束，日军步兵正式发起冲锋。负责进攻的日军是步兵第二大队和第三大队，但此时这两个大队都不满编，第二大队第六中队负责保护炮兵阵地，第三大队第十一中队则是担任茹越口西北方向的佯攻牵制任务。
担任防守的第四百二十七团一营、三营将士死战不退，顽强坚守阵地，多次击退日军进攻。
日军为了拿下高地，飞机、野炮轮番上阵，将晋绥军的阵地摧毁殆尽。面对此种情况，晋绥军将士只能趁着日军炮火停歇后抓紧时间抢修阵地，以单兵对抗迎击日军。
战至下午一点，晋绥军损失惨重，阵地不断被日军突破压缩，战况岌岌可危。
与此同时，位于茹越口西北方向的日军步兵第十一中队在看到联队主力攻击顺利后，也按捺不住那颗蠢蠢欲动的心，向着第四百零六团发动了进攻。
上午九点三十分，后藤十郎抽调预备队第一中队运动到第十一中队右侧，支援第十一中队的作战。第一中队在中午时分抵达攻击位置，未做任何休整，立即就对隘口西侧制高点展开攻击。守军虽然抵抗英勇，但是因为敌我双方实力差距太大，最终不敌败下阵来。下午一点四十左右，第一中队攻占隘口西侧高地。