日军占领北平和天津后，迅速由国内向华北地区增兵，准备以平津为出发地，沿平绥、平汉、津浦等铁路线展开战略进攻。日军将平汉线作为主要进攻方向，企图在保定、石家庄地区歼灭中国的野战军，进而夺取察、绥、晋、冀、鲁等华北五省，控制黄河以北地区。
针对日军的部署，国军也做出相应部署。8月1日，八十九师向怀来、南口输送部队。上午12时，该师529团罗芳珪部于丰镇开始行动。
日军飞机不时于铁路沿线侦察轰击。军队利用夜间潜行。
作为南口战役中的主力师长官，王仲廉担负着排兵布阵、运筹帷幄的重要使命。因事起仓促，由绥东开赴南口时，王仲廉对当地地形一无所知。《孙子兵法》云：“夫地形者，兵之助也。”焦急万分之际，为加快速度，王仲廉不顾日军已开始轰炸平绥铁路的情况，坚持乘坐火车前往南口视察。
8月2日王仲廉师长率领高级职员乘坐第304次快车赴南口视察，在花园站突遭日机9架轰炸，并以机枪扫射，车站被炸得一片狼藉，所幸王仲廉临时调换了车厢，才侥幸得生。之后不得不改为骑马、步行继续视察部署，曾在一日间来回160余里，终于抢在日军前完成了基本防务。
8月3日拂晓，529罗芳珪团接替二十九军134师第2旅第4团于南口、居庸关、得胜口、康陵监、永宁、延庆等地抢筑工事。
8月4日，日军机械兵一中队、坦克车30辆、野炮八队、步兵一旅由北平运抵南口。
八十九师530团到达康庄，即遭敌机轰炸。同日，二十一师李仙洲部奉命由陕北宋家川出发，向南口驰援。
8月5日，十三军汤恩伯部开抵南口，在南口、青龙桥、岔道、得胜口、虎峪村、苏林口一带布防，严加戒备。
8月6日，连日来日军用空军对平绥沿线施行侦察轰炸，用列车输送大量军团，至本日，沙河附近发现敌骑200余名。
8月7日，八十九师师部和直属部队推进到榆林堡。从这一天起，日军不时出动骑兵在得胜口——康陵监——关公岭——马家窑一线阵地，中国守军严阵以待。
8月8日清晨，日军步骑兵千余、炮10余门进攻得胜口，南口战役拉开帷幕。八十九师二六五旅奉命将居庸关、南口及昌平间之铁道桥梁山洞全部炸毁，并以巨型车头阻塞山洞。从本日起，日军以载重汽车80余辆装运各兵种连续向昌平增援。
从8月9日拂晓开始，日军以战车置铁道附近掩护工兵修桥，且强迫居民赶修昌平至羊坊公路。中午时分，日军带着大炮战车向昌平、羊坊各增兵一千多人。下午3时左右，日骑兵百余向龙虎台警戒阵地袭击，激战3小时。
南口位于北平城西北45公里处燕山余脉与太行山的交会处，是居庸关南侧的长城要隘，也是北平通向大西北的门户。
这一带崇山峻岭，关隘重叠，地形复杂。从南口经居庸关西行至宣化、张家口，是一东西狭长的盆地，南北多山，中央凹下，平绥铁路横贯其中，并有公路相辅行，形成为连通西北、华北及东北的交通干线。
南口的南北两侧，又是筑在高山脊背的内外长城，山上仅有羊肠小道穿行，所以人们称它是“绥察之前门，平津之后门，华北之咽喉，冀西之心腹。”
可见它的地理位置非常重要。守住了南口，就可阻止日寇占领察哈尔省，进而分兵陕西和绥远的企图，从而保卫察、晋、绥三省。可见南口从来为兵家必争的军事要地。
南口作为一处古战场，位于北京长城八达岭之下，是一个只有几百户人家的小镇，镇子虽小却是扼守察哈尔、绥远的门户。日军若占领了南口，则察哈尔、绥远等地必失，日军还可以借此窜犯山西，打通西进通道。正因为如此，南口之地为中日必争，大战不可避免。
为了保卫和抢占南口，敌我双方都部署了雄厚的兵力。侵华日军派出铃木第十一混成旅团、酒井第一混成旅团、板垣第五师团全部，以及川岸第二十师团之一部，总人数约7万人，并配备了大量的火炮、坦克、飞机参战。
中国军队主力是汤恩伯将军率领的第十三军，辖第八十九、第四两个师，以及陆续支援的第二十一师、第九十四师、第七十二师、独立第七旅及两个炮兵团，总兵力约6万人。
8月7日，日军第5师团和独立混成第11旅向南口及其沿线长城要隘展开进攻，南口战役打响。第五师团又名广岛师团，是日本编组最早的7个师团之一，它是1888年春天由原来的六个镇台(明治时期的战略单位)之一的广岛镇台改编成为第五师团。
当初是由步兵第11、12、21、22四个联队组成的。最后确定了由广岛县的步兵第11联队、滨田县的第21联队、福山市的第41联队、山口县的第42联队组成步兵第9旅团、第21旅团的基干。其中士兵都来自日本本州西部中山地地区的广岛、岛根、山口的子弟兵部队。
1894年7月甲午战争爆发。为此，从第五师团抽调了两个步兵联队，以此为基础组成了大岛混成旅团，旅团长是大岛义昌少将，改编之后立即奔赴了朝鲜半岛。1894年7月27日，在朝鲜的汉城南面约100公里处名叫成欢的地方与清朝的淮军打了个遭遇战，战时持续了整整一天，清军溃败退入牙山。
这场战役被日本人高度重视，因为是日本现代陆军创立以来首次与外国的陆军对阵，而且运用了现代化的战术，就是在世界作战史上也是值得记录的一笔。
之后，大岛混成旅团攻陷平壤，参加了鸭绿江渡河战役、牛庄战役等等。 十年后的日俄战争，第五师团参加了辽阳、沙河、奉天会战。日俄战争之后被命令在满洲驻屯，直到1911年。1919年到1920年出兵西伯利亚。
卢沟桥事变爆发后，第五师团立即在板垣征四郎指挥下被调入中国华北地区。1937年7月27从日本出发，在大沽登陆，加入中国驻屯军，在昌平以南集结。
汤恩伯所部第13军于8月初进入南口地区布防，随即与日本中国驻屯军独立混成第11旅团约15000人的进攻展开战斗。
在此之前，日军旅团派出小分队从4日开始，在南口镇实施战役侦察，又于8日拂晓对得胜口，9日对虎峪村实施搜索，10日起攻击南口车站及其东侧的龙虎台。
