城外的活動小組全殲。敵乃改變戰法，先以大炮猛轟城牆，把城牆轟得亂七八糟，然後步兵在裝甲車和機槍的掩護下衝鋒，一連數次攻擊，均被守軍擊退。日軍於是一面派飛機轟炸、投燒夷彈和毒瓦斯彈、掃射城牆，繼續攻擊；一面以1個聯隊兵力偕坦克10輛繞過天鎮，奔襲陽高、大同。

陽高，位於天鎮西南，城牆破爛不堪，低處僅丈餘高，根本無險可據。奉命守城的為第61軍第200旅第414團600餘人。

日軍先以飛機低空偵察、轟炸、掃射，然後集中炮火猛轟城牆薄弱部，步兵在戰車掩護下猛攻城垣。一時煙塵滾滾，炮聲隆隆。我守軍傷亡甚重，敵乃突破城牆。團長白汝庸親自督戰向敵反擊，但未能挽回頹勢。日軍突入城內，於是雙方展開巷戰。我守軍傷亡過半，遂於夜晚突圍出城。陽高於9月10日失陷。

陽高失守，天鎮後路被截，李服膺乃下令棄守天鎮，全軍撤退，並將平綏路各橋樑一律炸燬。第399團奉命於夜間有秩序地撤出天鎮城。11日，日軍佔領天鎮。

至此，大同喪失屏障，日軍乘此間向大同附近集結兵力。

正值大同告急之時，廣靈方面戰火又起。日華北方面軍第5師團在佔領察南要地陽原、蔚縣後，兵分兩路向晉察交界的廣靈進攻：一路以師團主力第9旅團及山炮兵聯隊等，從蔚縣攻擊廣靈附近的陣地；一路以步兵第21旅團及野炮兵聯隊，從陽原附近迂迴到中國守軍的左側背，配合主力作戰。

廣靈地處晉察兩省的交通要道，由劉奉濱第73師駐防，與天鎮互為策應，並協同從南口撤退於此的湯恩伯部取守勢防禦。但是，蔣介石又電令湯恩伯第4、第89�