日军先头增援部队到达后，并没有立即发起进攻，在几个师团的主力到达后濮阳地区和新乡后，才开始统一行动。
此时已经过去近一周，李志坚率领主力和伤员通过太行陉返回了山西，断后部队则跟着想要迁移的百姓一起行动。
阎锡山命令43军全力负责防守晋城，让孙楚率领33军进驻运城，尤其到中条山上协助第3军，防止日军穿过中条山进入到运城。
日军一开始即实行了铁壁合围的战术，向西攻占孟县、济源等太行山南麓沿线，黄河以北的地区，在东面穿插到林县外围。但是没有继续向西北深入，因为庞炳勋的二十四集团军主力在林县，就暂时放过林县，专攻43军的地区，想要首先给予43军以重创。
随后几个师团全部平推，将队伍细分到大队级别，从东南方向向西北进行推进，对43军占领的豫北几个县实行篦子战术，精细梳理。
随后日军开始进攻太行陉，拟从这里进入山西，太行陉的道路通行情况要好于白陉，虽然在最近的隘口之中，济源西的轵关陉也能通行，但是风险却比较大，有被从太行陉出来的中国军队截断后路的风险，所以日军最终决定从太行陉攻入山西。
但是现在太行陉内已经是堡垒林立，道路的通行条件虽然比白陉好一点，但是大多数地方也还是比较狭窄，根本无法进行大部队机动，并且在要害地方修建的堡垒，都是钢筋混凝土结构。
由于重炮无法运上去，所以火力掩护则只能依靠飞机，但是由于精度问题，日军出动的飞机数量虽多，却也难以完全砸开钢筋混凝土工事。日军只能拿人命去填。
守卫太行陉的43军的火力充足，日军攻打第一座堡垒费了很大的劲才攻下来后，又苦战几个堡垒后，几天的时间已经度过。
在山间的战斗，队伍展不开，日军无奈之下，开始使用中国军队常用的夜战，这也是前面几个堡垒被攻下的原因，日军夜战队伍用大装量炸药包逐步炸开道路，困于照明弹不足，才被日军摸上来炸掉。
在之后43军吸取教训，在夜晚派出多道暗哨进行防卫，并使用土办法，在工事前的道路上挖了一个坑，坑里弄了一些煤堆垒成的篝火，在入夜前点着，至少起到一些照明的作用，这样配以少数的照明弹，也抑制了日军突然袭击的可能。
在这一战中日军使用了新的战术，日军决定在实行空降作业，想要空降到守军之后。但是在空降一部分兵力后，有直接降落到了暗堡堡垒前守军的枪口下，有些则降落的距离太远，战术上已经失去了意义。
进攻近半月，想要彻底打穿太行陉仍遥遥无期，日军最终决定停止这次攻势。这次作战，最终又虎头蛇尾，不了了之。
日军又一次在对山西的进攻中无功而返。
由于此战的主要作战区域主要是在豫北及太行山南麓的太行陉进行，所以也史称太行山战役。
对于日军撤兵，李志坚认为，应该还是日本的财政的问题，现在日军的兵力远远没有达到极限，但是日军现在的财政早已经过了红线，部队在驻地不动还好一点，如果进行大会战，运输、弹药等消耗都是极大的。在1938年之后，日军不进行大规模的会战，也主要是因为财政上供养不起。
战后，李志坚在翻看日军的战志后，也证明了他的想法，现在日军打仗也必须要算经济账，经济上不合算的仗，大本营就根本不可能同意，在此战之中，耗时半个多月，但是基本没有实质进展，且后续也没有快要突破的迹象，所以最终该战被日军大本营叫停。
经过日军大本营测算，进攻东南亚，基本不会遇到大的阻力，帝国海军可以作为开路先锋，而收获将是非常丰厚的，将获得日本发展梦寐以求的石油资源，所以大本营密令中国派遣军，尤其是华北方面军停止无谓的消耗战，为之后南下作战做准备。
在从太行陉退出后，留下三十七师团外，其他部队都返回原驻地。
但是改变了以往的策略，将驻军重心从新乡改为沁阳和辉县，师团部驻在沁阳，断绝43军再次出晋进行蚕食作战的可能。
三十五师团编制撤销，剩余力量并入三十七师团，在又增加了一些兵力后，将三十七师团改编为两旅团四联队制加强师团。
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