他判断，日军下一步的行动无非有两种可能：一是以一部兵力由蔚县向广灵行佯攻，以主力沿平绥路西进，夺取大同以图切断晋绥之联络线；二是以一部兵力向天镇行牵制攻击，以主力向广灵进攻，企图切断我雁门关后路。
但这两种情况，他更倾向于第一种，也就是日军主攻方向在天镇、大同。
他打算实施机动的作战方针，那就是——以主力配置于天镇、阳高、广灵、灵丘、平型关各地区，以一部控置于大同、浑源、应县附近以策应各方之战斗，相机转移攻势。
他设想：如敌以主力进攻广灵时，该处守兵应固守待援，以总预备队主力应援该方面之战斗……如敌主力进攻天镇，天镇守军拼死待援，大同附近之总预备队应向天镇挺进，浑源附近兵力偷渡桑干河向天镇右翼实行侧面攻击，以牵制敌人。
俟其顿挫，由天镇两翼夹击之。
这一计画得到了蒋介石的批准和鼓励，蒋介石还答应速派河南地方部队刘茂恩的第１５军开往山西，归阎锡山指挥。
具体作战方案是：以李服膺第６１军在天镇、阳高等地设防，占领既设的，阻止日军西进，掩护聚乐堡、大同主阵地带。
其任务是沿平绥线节节抵抗，诱敌至大同外围，由傅作义的第７集团军和杨爱源的第６集团军聚而歼之。
负责打头炮的是李服膺。
他的第６１军首当其冲，正面迎敌，对整个防线举足轻重。
一切的关键在于，李服膺能否尽最大限度顶住进攻天镇、阳高的日军，使主力部队从容布防。
李服膺是在匆忙撤退的过程中接到阎锡山令他防守天镇、阳高等地的命令的。
第６１军名义上是一个军，其实仅有一个师和一个独立旅，共７个团。
况且这点部队在平绥线上同日军已有所接触，虽未大打，但仍受到一定损失。
对于天镇、阳高等地的，第６１军的官兵十分熟悉，因为这些工事是一年来他们自己动手修筑的——正因为比较熟悉，李服膺和他的部下才深知其中的利害。
施工时，他们从太原只领到很少的材料，钢筋、洋灰不足计画准数的１／１０，民工工资、兵工津贴被阎锡山百般克扣。
据说阎锡山用它在全国各商埠大做买卖。
这种偷工减料做成的所谓国防工事能抵御日军的飞机大炮吗？况且此时还有不少工事未完工，难以使用。
有人发牢骚：
不难设想，当李服膺接到阎锡山的命令时，表现出了一定的惊慌。
但他信奉这一类的话。
仓促中将独立２００旅第４００团部署在盘山制高点上，第１０１师的３个团依次在盘山以北的罗家山、李家山、铁路两侧至北山瓦窑口一线布防，第３９９团负责天镇城防，第４０１团驻守在天镇城外，第４１４团驻守天镇以西约３０公里的阳高县城。
这样，第６１军构成了以盘山为主阵地、由４个团组成第一道防线，以及以天镇、阳高两城为纵深防线的Ｔ字形防线。
军司令部驻于阳高县城内。
据亲历过天镇之战的第１０１师第２１３旅旅长杨维垣回忆：战前，李服膺曾亲莅一些部队讲话，号召官兵不怕牺牲，坚守阵地，军部还印发了《告全军官兵书》 ，部队可以说士气旺盛，斗志昂扬。
９月５日，即第６１军进入阵地的第二天，大批日军尾追而至。
开始日军并未攻击最为重要的阵地盘山，而是集中火力攻击第１０１师第４２５团的李家山、罗家山阵地。
团长李在溪注意到，日军这次进攻，并不用惯用的步炮协同的战术向他们冲击，而是先以步兵涌至阵地前，诱使他们进入阵地后，敌飞机即低空投弹扫射，然后继以猛烈炮火轰击。
如此反覆，整整延续了４昼夜。
敌步兵根本没到他们团阵地直接冲锋，他的１？３００余名的团队即伤亡官兵７００多人，全团９个连长，阵亡３人，伤５人。
李在溪心中十分焦急，前后共给军长李服膺送去１８份紧急战况报告。
４０多年后，李在溪回忆道，李服膺和他军部的全体人员，惊慌失措，整天忙于钻防空洞躲飞机，他的１８份报告，被军参谋长刘金声装入裤袋内睡了大觉。
第４天的傍晚，李军长和他通了电话，说：
然而，李在溪的直接上司、第１０１师２１３旅旅长杨维垣却回忆说：
可以肯定地说，最初的战斗是激烈的。
３天过去了，第一线的部队虽歼敌不多，但伤亡十分惨重，工事悉数被毁。
所幸的是主要阵地并未丢失。
李服膺在阳高城他的指挥部里，总算舒了口气。
然而，这时候，他又接到了阎锡山的电令。
阎锡山的命令他自然不敢违抗，只好强打精神督促部队全力坚守，一完成任务马上撤退。
如果不出意外，再坚守３天估计问题不大。
天镇是雁北地区的门户，此仗是日本进攻山西的第一仗，如果打好了，谁的脸上都感到光彩。
然而，意外的情况还是发生了。
意外的情况就出在防守盘山的第４００团身上。
盘山位于天镇东南约４公里的地方，是一座高峻险要的山峰，也是天镇的名胜。
站在山顶，既可以俯瞰平绥铁路，又能屏障天镇全城。
按说日军要占领天镇，必先攻下盘山。
第４００团的团长叫李生润。
几天来，别处都打得很激烈，本来应该首当其冲的盘山主阵地，却不见日军来攻。
他有些暗暗得意。
大约在９月８日的傍晚，李生润给第４２５团团长李在溪打电话，说：李在溪说：李在溪嘱咐他要提高警惕，决不可轻敌。
李生润满不在乎地说：「老团长，请放心，我随时注意着哩９
就在这天夜里，大批日军乘夜色偷袭了盘山阵地。
４００团仓促应战，极为狼狈。
守卫主阵地的营长高宝庸被炸死在石洞内。
至拂晓时分，该团在付出５００多人的性命后，将整个盘山丢失。
盘山一丢，形势急转直下。
第１０１师的３个团慌忙后撤，此时这３个团的长官已经掌握不住部队，残兵本应退往天镇城继续阻敌，他们却绕开天镇，从南北两侧继续向西溃退。
这给了守卫天镇城的第３９９团一个歼敌的机会——尾追的日军误以为天镇是座空城，便高举太阳旗，列队进城。
大约有近百个鬼子，被潜伏在城内各处的第３９９团击毙。
团长张敬俊估计日军遭此意外打击，必将前来报复，他命令将被击毙日军的脑袋砍下来，高挂城头，激励士气，以壮军威。
果然，不一会儿，日军的飞机大炮便对天镇城实施了凌厉的攻击，步兵发起一轮又一轮冲锋，第３９９团坚守一天一夜后，于９月１０日退出天镇。
紧接着是阳高。
自从盘山失守后，李服膺的指挥所就撤离了阳高。
阳高的城墙年久失修，不少地方顺着墙根堆积的砖石即可徒步登城。
第４１４团在军指挥部撤离后，仍坚守了１天多，团长白汝庸率领官兵与日军展开巷战，团副曹静山、第３营营长都来宝和六七个连排长共２００多人战死。
白团长见大势已去，遂率部撤出。
阳高陷落。
撤退的过程是异常混乱的，差不多等于逃跑。
这时候李服膺已经无法掌握部队了。
按照第二战区长官部的部署，第６１军丢失第一线阵地后，应集结残部在阳高周围的第二线阵地再抵抗一阵，结果除原防守阳高的第４１４团外，其余的６个团皆溃退了。
他们更没有按照阎锡山原定的方案向镇边堡转移，与集结在丰镇、大同、得胜口一带的傅作义部会合，而是沿大白登方向一直向南逃，直到过了桑干河好远才站住脚跟。
其实从第４００团大意失盘山开始，祸根就种下了。
史料记载，当第６１军在天镇、阳高与敌周旋之时，第７集团军总司令傅作义曾建议阎锡山进行大同会战。
然而，政治上十分老练的阎锡山军事上却优柔寡断，尽管大同会战最初为他提出，但这时候他退缩了。
他的理由是：地形不利，援兵未到。
仅仅几天之后，板垣第５师团主力由察南蔚县进攻广灵，直奔雁门关后路而来——大同会战便成了一句空谈。
９月１３日，大同——这座矗立在御河侧畔的塞外古城，东条兵团未损一兵一卒，不费一枪一弹，太阳旗便飘扬在了城头。
第６１军的溃退，大同的撤守，使平绥线正面失去了防御力量，晋北门户大开。
而且，９月１１日，日军击溃驻守天镇的第３９９团占领天镇后，大肆烧杀抢掠、奸污妇女，数千名天镇百姓几乎无人幸免，其状之惨，令人不忍闻睹。
南京中央社和全国各大报刊纷纷报道了这一消息。
天镇屠城是卢沟桥事变后日军在华首例大规模暴行。
３个月后，又有了更为惨虐的南京大屠杀。
大同失陷和日军天镇屠城震动了南京统帅部和国内舆论。
阎锡山决定放弃那天，沮丧之际，他写了一首《弃雁绥工事》诗：
国防大计定当先，临时决策事难全。
工事费款千余万，放弃全由南口牵。
可见，他仍然对南口陷落耿耿于怀，为他撤守大同寻找依据。
很快，他就感受到了来自南京统帅部和全国舆论的巨大压力。
而且比他设想的要严重得多。
国人纷纷将矛头指向他，责骂他畏敌如虎——。
蒋介石发来电报，斥责他。
要求追查晋绥军失守土之责的电报、信件，雪片一般寄往南京军委会和阎锡山的太和岭口行营。
阎锡山惊慌了。
他对他的参谋长朱绶光说：
也许就在这个瞬间，他想到了第６１军军长李服膺……
似乎命中注定，李服膺难逃此厄运。
连日阴沉的天气逐渐晴朗起来，太阳难得露出它固有的模样，和风徐徐吹来，满坡已显发黄的青草轻轻摇摆。
在这样的时刻，站在第二战区行营的小院里，能够清楚地看到不远处雁门山的巍峨雄姿。
身处９月的太和岭口，原本是一件十分惬意的事情。
这天下午，负责行营人员给养和伙食的第二战区长官部上尉参谋庞小侠，突然听到司令长官对王玉林说：
说完后，王玉林就退了出来，庞小侠等人也都退到门外。
因为在外面，庞小侠对阎锡山说些什么听不清楚，他只清晰地听到了四个字。
因为这几天行营人员都在议论，第６１军军长李服膺搞不好要倒霉。
所以庞小侠首先想到，可能要对李服膺。
他突然感到有些恐怖。
灭顶之灾正像一张黑色的大网，悄悄罩向了李服膺。
在滹沱河南岸，李服膺集结起他的残部，由广灵以西经应县向雁门关转进。
途中，他接到了阎锡山召集各军军长开会的电报。
他的部下里已经有人预感到可能要出事，舆论对晋绥军，尤其是对第６１军责骂得非常凶。
于是左右的人说：
但是，李服膺却表现得极为自信，他认为阎不会委屈他。
于是，他骑上战马，带少数随从，毅然起身去太和岭口报到。
与此同时，军部派军械处长刘树勋去第４００团扣捕团长李生润。
第６１军没能在天镇、阳高坚守更长一点时间，与李生润麻痹大意丢失盘山有极大的关系，如果追究责任，李生润首当其冲。
然而，李生润却幸运地逃掉了——先是被抓获，而后又被人放掉的。
至于是谁放掉的，说法不一。
李在溪回忆说，刘树勋将李生润捕获后，送交第２１３旅旅部，军参谋长刘金声念与李生润是老同事的情面，于李生润吃饭时故使眼色，李生润托词解手，越墙逃跑。
贾宣宗回忆说，独立第２００旅旅长刘潭馥（李的顶头上司）在气愤不平的情绪下，主使李当场逃走。
杨维垣在回忆中引用傅作义的话说：
总之，李生润是逃掉了。
据说他到西安投奔了胡宗南，并改名李德庵。
后来他在胡部当上了少将高参。
如果李生润不逃跑，李服膺的结局会改变吗？
李服膺２３岁那年，被阎锡山派往保定军官学校学习，从此开始了他的军事生涯。
他最让阎锡山看重的一件事，也许是曾为阎从保定军官学校拉回了张荫梧、楚溪春、李生达、傅作义等，他被唤作大哥。
这些人后来成了阎锡山打天下的资本。
２０多年来，他一贯唯阎锡山之命是从，是晋军将领中的，阎锡山的心腹。
据说他还是山西省主席赵戴文的义子，与何应钦也有拉扯，他还同唐生智是保定军校的同窗好友，私交甚好——他同后两人的交往也许令阎锡山稍感不快。
也有人认为他长于外交，短于军事，经常奔走于太原，进行私人活动，很少驻在防地，对所部中级以下官佐大半不相识。
在用人上，一贯抓牌子（陆大）、拉关系（同乡、旧部），练兵时看表面，作战时重私情。
但这些都无关紧要，在阎锡山眼里，他是个信得过的亲信，这比什么都重要。
时隔多年之后，已无人能说清李服膺什么时间到达太和岭口的。
这似乎不重要。
重要的是，刚一到达，阎锡山就命人把他扣了起来，押在张培梅的宪兵队。
战区长官部上尉副官庞小侠念及李与他父亲是老朋友，就到设在西梁的宪兵队看他。
庞小侠说：
李服膺只是让他给找几本闲书看。
他嘴上答应了，回到驻地，根本找不到，也就罢了。
那时李服膺仍然认为自己不会有事，会长扣起他来，是为了应付舆论。
所以，在外人看来，他并不是很紧张。
他无论如何没有想到，仅仅半个月之后，阎锡山就把他送上了断头台。
说阎锡山一上来就想处决李服膺，那也不是事实。
据众多的当事者或知情人回忆，阎起初是想包庇李服膺的。
日军在晋北长驱直入，与阎锡山决策上优柔寡断，避免与日军主力决战，有极大的关系。
在南京统帅部和全国人民的强烈谴责下，为了应付国内舆论，搪塞国民党政府，更主要的是开脱自己的责任，阎锡山找一只替罪羊，势在难免。
当然也不是说李服膺就没有责任，第４００团大意失盘山，造成整个晋北防线的崩溃，他自然要负一定的责任。
据杨维垣的回忆——有一次，傅作义对他说：
作为第二战区执法总监的张培梅此时在干什么呢？庞小侠说，那时，不断有退下来的零散部队，副官处叫老乡蒸馍，过来的士兵每人发给５个，伤兵多给几个，没有准备菜。
一天，一个伤兵在五道庙拉手掷弹炸死了自己。
张培梅知道后，把庞小侠叫过去问道：担任陪审官的副官处处长谢濂说：
未几，阎锡山从里边走出。
他双手撑在公案上，两只鹰隼一样的眼睛盯住李服膺，低声说：
李服膺插话说：李服膺这时流下了眼泪。
阎锡山朝周围的人点点头，快步离开。
谢濂说：李服膺气愤地把帽子往地下一摔：于是没有捆，只把绳子搭在李服膺的肩上。
上车后，他对谢濂和宪兵司令张建说：
车到小东门大教场，他们下车。
宪兵司令张建跟着李服膺往前走，还没走到放棺材的地方，张建往一边让了让，负责行刑的绥署警卫连长康增从背后一枪将李服膺打倒在地。
黑暗中看不清他临死时的模样。
连续几天，全国各主要报纸都在显著位置登载了败军之将李服膺被惩办的消息，阎锡山赢得了一片赞誉之辞——铁面无私、执法如山、秉公办案、阎长官 ……这一招很灵，李服膺一死，几乎所有的责难都化解了。
李服膺是抗战爆发后第一个被处决的国民党高级将领。
３个多月后，山东省主席兼第五战区副司令长官韩复矩在武昌被处决。
有意思的是，这两人终年都是４８岁。
在抗战初期，他们的死都曾轰动一时，使全国抗日军民的士气为之一振。
罪名一样，死法一样，内情却有别。
１９３８年１月２８日，上海《新闻报》发表评论说：
５０多年来，国内一些公开的出版物上，包括一些权威性的文章，在提及这段历史时，大都把李服膺和韩复矩视为同类。
而日本防卫厅研究所战史室编著的《中国事变陆军作战史》一书中却这样写道：
历史在这里留下了遗憾。
１９３７年９月中旬，放弃了的阎锡山不得不面对一个更为严酷的现实，日军精锐的第５师团像从地底下突然钻出来似的，直趋内长城沿线的一个重要关隘平型关。
后来被海峡两岸的战史学家皆认可的，从大同失守的那一天起便开始了！
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