郝梦龄以第二十一师的第一二五团、第一二四团堵截反击，经奋战后，于中午一点左右夺回1300高地，将日军压迫于云中河南岸。此时，左翼兵团阎庄阵地亦有一个旅团的日军突入，但第十军坚强反击，将日军击退。卫立煌与傅作义判断：当面之敌在猛攻受挫后损失惨重，势必整顿态势，并求得增援后方可再行攻击。

为乘机转移攻势、歼灭当面日军，卫立煌致电阎锡山，请准以预备军一部从中央地区出击。阎锡山为使主力部队作战容易，又令左、右两翼军积极向敌后活动，破坏并阻止日军增援；同时，将配属左翼军的独立第8旅孟宪吉部与第71师郭宗汾部转隶中央军。

十九日夜，总预备军参加反击之第十九军、第三十二军、第三十五军、第五十三军、第六十七军、第七十八军等部，均进入待战状态。各兵团的反击部队亦已准备完毕。二十日凌晨二时许，忻口守军开始全线出击。

主要反击方向的中央兵团方面，我六个军将士如出闸的猛虎，向南怀化日军反击。战斗开始后，日军援军迅速投入战斗，亦实施攻击。双方争夺极为激烈。董其武旅击退日军连续四次冲击，旅长董其武负伤不下火线，坚持指挥战斗；第二十一师师长李仙洲、新四旅旅长于镇河亦在战斗中负伤。

左翼兵团方面，第十师向阎庄以东之旧练庄日军反击，第85师、第196师向卫家庄、麻港日军反击。战斗开始后，第十师于拂晓攻占练庄；与此同时，卫家庄日军亦攻入该师大白水左翼阵地。李默庵当即抽调第196师1个团援堵。第85师及第196师主力继续向卫庄、麻港攻击。

右翼兵团方面，当第十五军抽调部队准备向桃园村日军反击之际，日军一个旅团亦由南郭下渡过滹沱河向灵山阵地进攻。守军顽强抗击。激战至夜，日军被压迫于滹沱河南岸至灵山脚下一线。

至二十日上午，数十万军队绞杀于东西宽度三十公里、南北纵深二十余公里的忻口左中右三线阵地，每一个阵地都要经过反复的争夺，血流成河，战况极为惨烈。

中午十一点，忻口上空，铺天盖地的战机群，突然从南方和东南方的天空出现，中日双方杀红了眼的军官和士兵，略一抬头打量，便又投入到眼前的厮杀中。