11月10日，日军出动400架轰炸机对太原防线实施轰炸，日军大本营督促第二方面军司令官寺内寿一，要不惜任何代价在年底前拿下太原。一开始日军动用6个师团，在太原正面，左右翼发动了全线进攻。日军大本营司令官东条英机亲自飞到石家庄督战，鼓舞前线将士的士气，旨在表达大本营的决心。
看样子淞沪战场的胜利，让日军大本营下决心务必占领太原，实施占领山西的计划。日本内阁也认为只要占领了山西，中国境内已经没有抵抗的能力，随后日军又开始新一轮向关内增兵。淞沪战场中国军队溃败后，日军海军提出了封锁中国海上通道的建议，随后在金山登陆的日军第10军分兵，开始配合日海军兵锋指向福州，继而掀起在海上封锁中国的行动。
太原战区指挥部里，电话声响成一片，穆亚平坐在那里一言不发，彭德怀望着墙上的军用地图也是沉默不语，日军竟然动用6个师团向太原防线发动全线进攻，这是他们事先没有想到的。良久，彭德怀说：“穆司令，日军发动全线进攻，看样子日军要不惜任何代价攻占太原，我判断日军会很快向山西增兵，一场大范围的恶战在所难免。”
穆亚平冷笑说：“日军不是想拼命吗？那咱们就奉陪。命令五原地区的的最后5万补充兵员，全部拉到太原前线。另外通知商震副主席，立即征召10万预备役，我要求一个月时间，10万预备役必须集结待命。”一名参谋速记完转身发报去了。
这时参谋长杨效欧匆忙走进说：“穆司令，我担心藏山防线，我要求去坐镇指挥。”穆亚平想想说：“好吧我同意，但是要注意安全。”彭德怀上前握住杨效欧的手说：“日军同时发动藏山以西防线的进攻，其用意非常明显，即便会攻太原受挫，日军若突破藏山防线，会大举向北部用兵，日军看到了忻州是真空地带。因此藏山防线不容有失，杨参谋长拜托你了。”杨效欧郑重的点点头，转身出发了。
太原战役发起前，日军的兵力部署是，日军第四军四个师团，分别向太原正面、左右两翼发动攻势。日军第五军两个师团在南部和晋中以西担任警戒。第五军另外两个师团担任藏山防线进攻。重炮旅和战车第一旅团全部配属第四军作战。此时在阳泉第四军军部，川谷有介脸色十分难看，发动进攻已经两天了，可是进攻非常缓慢，两翼不仅遭到顽强阻击，正面的进攻简直像蜗牛在爬，关键是正面中国军队的防守兵力不是很多，作为太原东部的外围工事，应该是重兵把守，可是前线部队报告，他们遭遇了中国军队的地堡群，进攻非常困难。
日军选择在太原两翼同时发动进攻，就是考虑到了正面进攻的困难程度。开战前第四军军长川谷有介召开军事会议，专门研究进攻太原城的作战方案。正面突击不仅面临太原外围阵地的雷区、大量的钢筋水泥地堡群，即便突进市区还要面临中国军队的巷战。川谷有介在张家口和中国军队打过巷战，那种惨烈和困难他比谁都清楚。
如果正面突击进入市区，并和中国军队爆发巷战，考虑到太原城区相比张家口大了三倍，哪嘛整个第四军填进去恐怕都难以为继，关键是巷战造成的难以想象的伤亡是承受不起的。因此川谷有介上报方面军司令部，要求在两翼同时发动进攻，逐渐遏制中国军队打巷战的规模，川谷有介期望突进城内的同时，在两翼包抄城区，如果太原成为一只孤城，哪嘛占领太原就容易多了。因此方面军司令部采纳了他的建议。
日军第4师团连续发动了两天的进攻，突破了太原外围零星阵地，结果在杨家峪、郝庄镇、枣园一线受阻，这一线距离城区大约有5公里，日军遇到了此前从没有遇到的地堡群永久工事，密密麻麻的地堡群其密集的交叉火力，造成日军伤亡惨重进攻受阻。
在杨家峪、郝庄镇、枣园一线，是独立步兵第四旅在防守，第四旅是一支加强旅，人员8000人，他们进驻这一线已经有一年之久。另外，城区有3万补充兵源，直接划归战区司令部指挥。他们一方面对第四旅进行有效的补充，一方面就是为打巷战作准备。补充兵员没有具体的番号，建制单位以大队为基准。每个大队定编300人。而且这支3万人的补充兵源，为了打巷战同样训练了一年之久。
穆亚平在战前没有组建更多的部队编制，一是为了麻痹日军，让日军产生误判，同时也是为了减少开支，便于更有效的指挥。要知道防御作战要的就是兵员数量，而不是众多的成建制部队。
日军第4师团正面受阻，第9师团、第17师团向左翼发动进攻同样面对顽强的阻击，难以突破。日军第21师团向右翼防线发动进攻，更是难以为继，战局一开使日军陷入困境。
而日军第五军、第28、31师团对北部的藏山防线发动进攻，同样遭受了顽强的阻击，两天下来日军进攻部队同样灰头土脸。两天时间，日军出动作战飞机1500架次实施轰炸，日军使用了大量的毒气弹仍然无果。所有进攻态势告诉日军，太原会战将考量双方意志、顽强比拼、牺牲精神、持久作战能力的极限。
石家庄日军第二方面军指挥部，司令官寺内寿一大将站在军用地图前。此时他的表情严峻、冷漠。两天的进攻使他看出了太原防线中国军队准备的是多么完备。同时他也看出了娘子关防线是中国军队故意放弃的，而中国军队的节节阻击也是有意而为之，其目的就是吸引日军向太原发动进攻，忽然之间他有上当的感觉。
战役发起前，第四军军长川谷有介曾暗示太原会战前景不妙，当时他认为川谷有介是张家口作战心里留下阴影，现在看来他说的有道理，山西的中国军队这是在和日军的精锐部队拼消耗。可是现在箭以出玄，整个大本营包括国内都深受淞沪大捷的影响，因此日军大本营拿下太原的决心是不容置疑的，尽管寺内寿一看出这一点仍然不得不为之。
参谋长看到司令官心绪不宁说：“将军阁下，两天的进攻全线受阻，大本营恐怕会督促我们加强攻势，如果这种局面维持下去，前线部队的伤亡将难以承受，应该督促大本营继续向山西增兵，否则我们的进攻力度将难以维持，请司令官早作打算。”
寺内寿一说：“大本营增兵势在必行，这方面你我不用操心。关键是我们将陷入山西的泥潭不可自拔，也许我们犯了一个战略上的错误，目前我们的国力难以承受如此规模的大范围进攻。现在你看出中国的土地是多么辽阔，我们强大的兵力一分散，其弱点就暴露出来。关键是山西经过多年的准备，他们的防御能力太完善了。”
参谋长说：“将军阁下，大本营对占领山西已经无法放弃，即便不惜任何代价也要达到战略目的，下一步加强进攻势在必行。”寺内寿一说：“无论付出多大代价也要拿下太原，我们现在已经没有回头路。”
太原战区指挥部，彭德怀有些担心说：“穆司令，如果现在日军继续在察哈尔发动进攻，我们两线作战将难以为继，可是日军为什么不抓住有利时机在察哈尔继续进攻那？”
穆亚平笑说：“彭总，你大可放心，日军不会在察哈尔继续进攻。常言道知己知彼百战不殆，说白了这就是日军的弱点。日军刚刚打完淞沪会战，他的战争潜力是无法支撑的。关键是日军的后勤补给无法保证南北两线的作战。现在日军战线拉长，后勤补给将更加困难，尤其是对察哈尔和太原的物资同时补给，日军根本做不到。淞沪会战日军是利用大海的优势，保证了作战之需。”