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5月4日，僵持在晋东一线已经数月的日军第20师团以所属步兵第77联队第1、第2大队、步兵第78联队第3大队（缺一个中队）、骑兵第28联队2个中队、野炮兵第26联队第3大队、工兵第20联队第2大队及师团属轻重兵、通讯兵一部约4000人组成直野支队进犯阳泉西北方向50余公里外的孟县县城。（修真谷說網
由于孟县只有200多当地保安民团组成的守军，因此风闻日军大举来犯，县长及县城百姓一哄而散，直野支队遂得以2名士兵脚部软组织挫伤为代价兵不血刃的开进孟县。不过日军的脚步并未就此止步，随后直野支队又沿孟（县）寿（阳）公路攻击前进，试图就此迂回包抄寿阳，截断晋东方面中国守军的退路，从而实现围歼和突破。
对于日军的行动，早有预判的晋东守军立刻执行既定方案，预备队第2272团火速开赴公路要点温庄一线，抢占石皮峪、堡沟、上社、鹿峪等孟寿公路沿线各山梁、坡地，利用有利地形，节节阻击来犯之敌。
日军虽然来势汹汹，然而在崎岖的地形中，火力不宜展开，再加之西北军拥有不逊的团属火力以及还算不错的对空火力，来犯日军未能实现其既定战术、战略目标，在丢下近500伤亡之后，日军被迫退回孟县县城，只在南娄一线留下约2个中队的警戒兵力。
不过牛岛实常并不甘心自己继续前任失败的命运，再向直野支队补充了损失的兵员之后，遂命令步兵第77联队联队长直野五郎大佐继续执行迂回方针，改由孟（县、阳）曲公路向阳曲进犯。为了策应该股日军的行动，第20师团还在萧河、桃河谷地发动大规模的进攻以牵制晋东守军的注意。
虽然晋东方面已经发现了日军的企图，然而由于战线广阔、兵力严重不足，因此不得不一方面紧急通报太原方面注意防堵，一方面抽调刚刚从松塔一线脱身的总预备队第2382团赶赴北线威胁日军侧后。
此时北线可以动用的部队已经尽数投入石岭关及同蒲路防御作战，其余各部则均在重整补充之中，几无兵可派太原方面自欺欺人的认为阳曲以东山峦重叠有地利在手，且有晋东方面威胁冒进的日军侧后，因此只是勉强派出山西新军决死队第三纵队约2000新兵在李虎坪、道巴咀、大王庙一线布防便不予重视。而第2382团方面却因为纵横的山峦谷地同样阻碍了己方的行动，而无法第一时间阻击日军的行列，遂使约计3000多的日军安然通过崎岖的山地公路抵达凌井店。
5月11日，抵达凌井店的日军发动强攻，粗粗编练成军的新军决死队在日军的炮击下惊惶失措，后虽经纵队长陈光斗再三约束，才得以恢复镇定，然而先机已失，最终在日军的强攻下溃不成军，接连丢失377、381、402等处山头高地。战至当日下午5时，除了最后阵地大王庙以外，各处工事已经悉数失守。
战报传到太原，阎锡山大惊失色，紧急调动尚未整顿完毕的杜