1937年11月6日，随着日军第5师团一路追击卫立煌，终于逼近太原城北。板垣征四郎站在远处，凝望着太原城的防线，轻蔑地说道：太原，指日可下。 他之所以充满信心，源于两点原因： 首先，板垣征四郎收到了藏匿在太原城内的特务们提供的情报，报告中详细标明了中国守军炮兵阵地的位置。这份情报对他而言犹如一张通向胜利的钥匙，他计划通过摧毁守军的炮兵阵地，一举突破太原的防线。毕竟，他认为，一旦炮兵阵地被毁，守军将无力抵挡日军的进攻。

其次，尽管太原北城的城墙上布满了中国军队精心设置的沙袋工事，士气也显得十分高昂，但板垣并不看在眼里。在他看来，这种防守战术在冷兵器时代或许管用，但面对现代化重炮的轰击，根本不可能抵挡住日军的攻势。板垣曾认为，傅宜生虽然是声名赫赫的守城名将，曾成功防守过天镇、涿州、遵化等地，但面对装备精良、火力强大的日军，他的声誉必定不保。 然而，板垣忘记了，在忻口会战中，中国军队也曾凭借着坚固的城防工事，成功地抵挡住了日军第5师团以及增援的两个旅团长达23天的进攻，令他陷入了困境。如果不是寺内寿一见板垣久攻不下，紧急调动第20师团攻占了娘子关，致使忻口的中国军队面临前后夹击的危险，恐怕板垣至今还在忻口与长城的城墙做无休止的拉锯战。 可对于这段屈辱的经历，板垣选择了遗忘。站在太原城外，板垣幻想着迅速突破太原城的防线，而此时，城内的傅宜生并未闲待，他正在为自己布下一个强有力的对手——陆军218旅旅长董其武。

从战略的角度看，傅宜生本不应将精锐的董其武218旅部署在太原城的北城和西城，而应将其部署在东城和南城。因为从兵力配备上，太原东南两侧的日军兵力显然较多，若由新兵组成的部队来守城，恐怕根本无法抵挡住日军的进攻。 然而，傅宜生却做出了不同的决策。首先，板垣在忻口会战中的失利，令他不敢小觑太原，必定会对北城和西城展开更加猛烈的进攻，若不派遣精锐部队防守，恐怕城池难保。其次，尽管板垣指挥能力平平，但他在日军中的影响力深远，且日军对板垣的面子极为看重。因此，傅宜生推测，板垣对东路和南路的进攻应该不会过于猛烈。 事实证明，傅宜生的判断极为准确。11月6日，日军对太原城发起了攻击。然而，令人奇怪的是，日军的炮火并没有首先轰击城墙，而是越过城墙，落在了太原城内的一个大公园里。炮击过后，日军开始向太原城北发起进攻。板垣很快意识到，自己低估了守军的反击力度。日军的步兵在进攻过程中遭遇了来自中国守军炮兵的猛烈反击，损失惨重。 这让板垣感到极为困惑，他难以相信，自己下令向城内开火并未摧毁中国的炮兵阵地。事实上，正如日后揭露的，11月5日，孙兰峰向傅宜生提出了一个要求——要在守城的部队中清查特务。傅宜生愤怒地回答：谁下令把炮兵阵地设置在公园和树林里，谁就是特务。随后，傅宜生意识到，特务的情报可能已经提前泄露，日军早就掌握了炮兵阵地的准确位置。 为了躲避日军的炮火，傅宜生紧急命令将炮兵阵地重新设置在学校操场，这个位置显然不具备隐蔽性，然而却成功避免了特务的暴露。在此关键时刻，城内的日本特务们也没有时间反应，将情报传递给日军。于是，板垣的进攻计划被太原守军打乱。 见到自己的炮击未能奏效，板垣决定改变策略，指示炮兵轰击城墙。炮火无情地打破了太原城墙的坚固防线，然而，令人惊讶的是，当日军再次发起进攻时，却没有从城墙的垛口向守军发起攻击，而是冲出城墙前的开阔地，迎接日军的进攻。

这时，板垣才意识到，城墙上的军帽并非指挥官的士兵，而是空无一人的虚假阵地。原来，董其武在城墙上仅安排了少量的观察哨，主力部队则藏匿在城墙外的隐蔽工事中。日军进入城墙前并未发现这一关键点。若不是董其武的巧妙部署，板垣可能会付出更大的代价。 虽然太原城最终失守，董其武却凭借这一战功成名。太原会战后，董其武升任101师师长。接下来的五原战役更是让董其武的名声如雷贯耳。1940年，他指挥101师抵挡住了日军三个联队的进攻，成功保证了孙兰峰的胜利攻势。 太原失守之后，傅宜生因想将失守的责任推给其他人而与阎锡山发生了冲突，致使傅宜生不满离职，调任第8战区副司令长官，从此脱离了晋军的战斗序列。傅宜生离开后，迅速转战绥远，展开了冬季攻势，并一度攻占包头。但由于后援不足及日军反扑，战局最终失利。

1940年2月，日军反扑，再次突破中国防线，傅宜生率部撤退，最终放弃了河套地区。尽管日军占领了五原等城镇，但由于该地区地广人稀，加上游击队的频繁袭扰，日军并未能够在此立足。 随后，日军集中力量驻守五原，这不仅是战略上的考量，更因为五原周边丰富的矿藏资源。抗战爆发前，日本就已对该地区进行过矿藏勘察，并开始了掠夺计划。 失去了五原后，傅宜生的部队面临巨大压力，养马和产粮地的失守使得他的军队陷入困境。然而，傅宜生并未轻言放弃，他誓言夺回五原。经过周密准备后，傅宜生于1940年3月发起了对五原的反攻。在这一战中，董其武的101师再一次发挥了至关重要的作用，通过成功摧毁乌加河的三座桥梁，有效阻止了日军的援兵。

这场艰苦的战斗，最终以中国军队的胜利告终。董其武也因其英勇表现，升任为暂编第4军军长。这一战的胜利，不仅为五原战役铺平了道路，也为董其武的军事生涯奠定了坚实的基础。