奉阎锡山、黄绍竑命令，第17师防守娘子关、旧关一线。由于日军向西推进的速度较快，与向娘子关前进的第17师距离较近，赵寿山师长接受防守娘子关外围的任务后，即率领部分兵力主动出击。敌在获鹿附近滞留了两天，第17师趁此机会在雪花山、乏驴岭一带进行了部署。娘子关外围没有既设防御工事，雪花山、乏驴岭又均为石山，构筑工事困难，只能用麻袋装土做成掩体，在拥有优势装备的日军进攻面前，第17师的防御任务是十分艰巨的。
10月12日晨，日军川岸文三郎第20师团向娘子关发起全面进攻，雪花山首当其冲。激战两天一夜，雪花山反复易手数次，敌受挫于阵地前。唯右翼刘家沟东端阵地，遭敌空炮猛烈轰击，守兵伤亡惨重，阵地失守，敌遂向旧关突进，同时，又以千余兵力攻左翼雪花山阵地。赵师长为保持雪花山防御的稳定，并牵制西进旧关之敌，遂抽调一个团的兵力，亲自率领，于13日晚5时，分三路主动向井陉南关之右侧背出击。出击部队右翼在第98团陈际春团长的率领下，于晚10时歼灭了突入刘家沟、长生口阵地之敌。
左翼为第102团第二营向井陉县城实施佯攻。中路在第101团张桐岗团长率领下，于雪花山麓（石板片附近）与敌增援部队一千余人相遇，趁敌正在休息，立足未稳，立即发起冲锋，官兵奋力冲杀，白刃肉搏，毙敌尸横遍野，敌不支，向东奔窜，中国军人跟踪追歼。至午夜，接连攻下施水村、板桥、朱家川、井陉南关车站。缴获大炮、机枪、骡马及战利品很多，其中山炮、野炮有数十门。正当中国军队在井陉车站扫荡残敌，清理战场时，忽报敌已占领雪花山阵地，并以强大炮火向井陉车站猛射，已逃窜之敌也反扑过来，对中国军队出击部队十分不利。在此危急时刻，赵师长立即调集出击部队，向占领雪花山之敌发起反攻。至14日拂晓，敌继续向雪花山增加兵力，中国军队伤亡逾千，且火力弱，仰攻不易，而敌机亦不断向前沿阵地扫射轰炸，中国军队遂向乏驴岭转进。14日晨，赵师长将防守雪花山疏虞的第102团团长张世俊就地处决，以正国法。在坚守雪花山战斗中，第102团连长张登弟坚守阵地，英勇奋战，全连壮烈牺牲，无一生还，英雄事迹，可歌可泣。
敌占领雪花山后，时时向乏驴岭阵地发起攻击，企图突破正面，与旧关之敌会合，继而进攻娘子。守军顽强抗击，与敌激战数昼夜，敌不能越雷池一步。敌华北方面军司令部不得不承认"井陉附近之敌顽强抵抗，战斗没进展"。19日晨，敌增兵两联队在优势炮火及飞机掩护下进攻。中国军队官兵依托阵地，沉着应战，奋勇抵抗，敌未得逞。10时许，敌机20余架，与炮兵配合，猛烈轰击中国军队防御阵地，并掩护步兵再次攻击。激战至下午1时，中国军队守备乏驴岭之补充团翟济民团长身负重伤，营以下军官伤亡27人之多，士兵前仆后继，伤亡过重，弹药殆尽，即以石击敌，终因寡不敌众，乏驴岭南侧阵地为敌突破。中国军队守备荆蒲关的黎子淦营，终日与敌殊死战斗，至下午5时，第8连连长阵亡，营长黎之淦负伤，全营除10余人外，其他均负伤力战壮烈捐躯。其中9连刘惜棠排全部壮烈牺牲。此时，乏驴岭北侧阵地正处于敌三面包围之中，耿景惠旅长、李维民团长率部与敌苦战至黄昏时分，带领百余人向神灵台转移。
至此，第17师在井陉、雪花山、乏驴岭面对日寇精锐部队，浴血奋战了9昼夜，为保卫太原赢得了时间，同时也付出了很大的代价。
第38军教导团在李振西团长率领下，由河北转进到娘子关，奉黄绍竑命令，随即投入战斗。教导团与敌短兵相接，以刺刀与敌展开拼杀肉搏，全团两千余人，仅剩下五、六百人，顶住了敌人的进攻。与此同时，第17师在驴桥岭激战三昼夜，阻滞敌人前进。26日晨，第17师奉命向巨城附近转进，扼守要道，继续阻敌前进。中国军队与敌奋战一昼夜，突破旧关以南第三军防线的日军向阳泉推进。第17师左右翼的友军均已撤退。该师曾多次与上级联系，均得不到指示，为防敌包围，被迫撤出阵地，向西转移。
此次战役，由于指挥混乱，有的部队消极怯战，不能紧密配合，且单纯防御，死守阵地，没有取得应有的战果。第17师由于抗战坚决，作战勇敢，将士伤亡奇重。该师开赴保定前线时，一万三千多人，娘子关战役后，仅剩三千多人。
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