进攻不力，华北派遣军将第二师团调到了大同，准备增强在忻口的力量，现在第五师团奔溃，第二师团立马出动接应，此时在晋北也没有太多中国部队，只有一部分守着交通线的八路军，且人员比较分散，无法抵挡大股的日军后撤，所以使得板垣征四郎的逃蹿未能被完全截住，最终剩余的第五师团及进攻忻口的其他部队在撤到平型关周围时，与第二师团会面。
追击的中国军队看到有接应的大股日军后，也就停止追击。此时第五师团所存不足三千，其他旅团也损失大半，火炮等重武器全部被中国部队摧毁或者缴获。
在忻口一线日军溃败后，娘子关一线的二十师团也就不再继续进攻，就此忻口会战结束。
此战中国军队共消灭日军三万余人，这还是光统计忻口前线的战果，至于娘子关一线日军二十师团的战果无法得到具体统计，中国军队取得了对日作战的第一次辉煌大胜。
