當忻口戰場上空再無鬼子飛機轟炸時，忻口戰場上對日軍呈包圍態勢的國軍部隊也發動了反擊，當時國軍各部隊都損失嚴重，減員很大。但忻口戰場的前敵副總指揮傅作義仍將其看家部隊35軍210旅（旅長董其武）拿出來反擊日軍。反擊目標為在後河北村的日軍炮兵陣地。其時，董旅長已負傷離開火線治療傷勢了。傅作義乃令另一大將211旅旅長孫蘭峰臨時指揮210旅的反擊（後人據此認為傅部有兩旅部隊參與了夜襲反擊）。10月21日夜晚，孫蘭峰指揮著210旅董部官兵，通過了一道道日軍警戒線，悄悄摸上後河北村日軍炮兵陣地，突然發起攻擊，將日軍警戒步兵消滅，將日軍炮兵堵在其睡覺的百姓房屋裏，日軍出來就用槍彈招呼。將日軍數十門火炮炸毀。日軍相鄰部隊緊急趕來相救，遂激戰一夜，將日軍炮兵或燒死於房屋內，或投擲手榴彈炸死於屋內。戰至天明撤退，幾千參與夜襲的官兵回來的僅餘數百將士，其餘都在激戰中損失了。本來日軍已筋疲力盡，供應斷絕，隻好以百姓喂牲口的黑豆為食（人吃了會拉不出屎），士氣低落，束手待殲了。但10月24日，華北派遣軍司令部增派的援軍，以中國駐屯軍步兵旅團第2聯隊為主力，加強了坦克，裝甲汽車，工兵排爆部隊，騎兵等各軍種的萱島支隊到達（十八集團軍處於遊擊狀態的各部，無後勤供應，無法對有坦克火炮及空中掩護的大數量敵軍造成致命威脅，隻能遲滯敵行動速度），又給忻口日軍接續上了一口氣。日軍於是又恢複了攻勢，向中國軍隊投擲燒夷彈，毒瓦斯，但都未能攻破國軍陣地。日軍遂又使用掘壕進攻，但任日軍千般手段，中國軍隊都在衛立煌將軍指揮下，注意了各部的相互銜接與保護，穩穩地守著陣地。隨時間推移，日軍忻口部隊又漸漸衰竭虛弱起來。
至10月底，忻口戰場形勢又形成中方有利的局麵，日軍補給全靠空投，中國軍隊已對日軍形成包圍態勢。前敵總指揮衛立煌已在設想，創造一個比平型關大捷更大的勝利－－－－－全部消滅忻口戰場的日軍。
但戰場風雲突變，在山西戰場東部的娘子關戰場上，日軍二十師團（川岸文師團）突破了二戰區副司令長官黃紹竑指揮下中國軍隊的阻擊，有大約一個聯隊的日軍從娘子關舊關地段突破了中國軍隊的防線，深入中國軍隊後方。該部日軍連下平定、陽泉、壽陽，破壞了中國軍隊的後勤供應線，造成山西東戰場國軍部隊的恐慌性全線大潰退。
由是，忻口戰場中國軍隊處於了受夾擊的狀態，不得不於11月2日退出陣地而轉進。不敗而敗了。
日軍第五師團經如此苦戰，仍贏得勝利。號稱取得以半個師團（因第11旅團調往上海戰場）橫掃中國軍三十幾個師的光榮戰績，因而獲得日本大本營和天皇的嘉獎，獲得“鋼軍”封號。
中國軍隊在忻口的英勇作戰23天之久，極大消耗了日軍華北派遣軍的人員與裝備、彈藥、油料，使日本華北派遣軍平漢路作戰計劃胎死腹中，中國軍隊在平漢路平原上的軍隊得以撤退。打破了日本軍方大本營“三個月擊敗中國”的美夢。
陳邦棟在所部獲得新一旅番號後，就利用該部電台與呼號向十八集團軍總部和中央報告，要求各上級機關注意娘子關戰場中國軍隊的相對薄弱情況。並於10月下旬帶領部隊一個團向太原方向靠近，以期待在太原失陷時，破壞太原的兵工廠，不讓它完整得落入日本之手。