骑兵第四旅团一部，由张岚峰和刘彦峰的伪军配合，沿道清路西段分三路向济源和孟县进犯。在西线，日军也出动三万多人，安达师团主力和井关仞师团一部，加上若松平治独立混成第十六旅团，从闻喜和夏县东南向张店镇进犯。在北线，日军也有三万多人，清水师团及池之上贤吉独立混成第九旅团，采用中央突破的闪电战术，从横岭关方面向横垣大道西侧猛攻。在东北线，日军出动一万多人，樱井师团一部及津田美武独立混成第四旅团一部，从阳城方面向董封镇一线攻击。
日军分兵合击，袭击中国军队的通信联络和各级指挥部，用重兵攻占各交通要点，切断守军联络，各个击破，封锁山口和渡口，逐步紧缩包围圈，企图达成合击目标。
其实，第一战区在会战开始前就已经发现日军的企图，并且电令各部以交通线为目标，加紧游击破袭，阻挠日军的攻击准备和兵力集中。但是，卫立煌在会战开始前奉命赴重庆述职，战区主帅缺席，而在洛阳视察军务的何应钦又调整了第一战区原有军事部署，上述命令未能有效组织实施，中国军队被动至极，致使会战开始的第二天，战区各部队仓促应变，分别与各路来势凶猛的日军交战。
中条山西侧是日军主攻方向。孔令恂军和唐淮源军在这里防守。孔令恂军下辖王治岐的第一六五师和王竣的新编第二十七师，唐淮源军下辖李世龙的第七师和寸性奇的第十二师。曾万钟集团军直接指挥的公秉藩第三十四师也在这里。7日下午，日军分多路纵队，发动广正面攻击，集中机炮火力，用飞机诱导步兵，猛攻中国守军的阵地。另派一支部队，佯攻王治岐师阵地，牵制守军。
8日凌晨，日军突破张店以东王竣师的防线，切断了孔令恂军和唐淮源军的联系。王竣师溃退到曹家川和太寨一带，王治岐师也退到这里。日军挺进纵队乘隙而进，当晚占据茅津渡以下的几个渡口，推进最远的一支日军到达平陆、垣曲和夏县的交界处。
9日正午，孔令恂军遭到日军便衣袭击和飞机轰炸扫射，进一步溃败。在一场混战中，王竣和他的参谋长陈文杞，以及王治岐师的姚汝崇营长等多名军官，在太寨村西雷公庙岭附近牺牲。剩余部队傍晚退到黄河边的南沟渡口。孔令恂和王治岐弃部渡过黄河，失去指挥的部队争相竞渡，伤亡惨重。王竣师的副师长梁汝贤投河殉国。
日军先头部队七千人，从夏县分三股向南攻击唐淮源军阵地。8日拂晓，日军攻占中条山北山的交通要道泗交村。然后，一路日军向西北奔袭李世龙师师部驻地王家河，另一路向东南奔袭唐淮源军军部唐回。王家河遭到日军重兵包围，李世龙率部突围。唐淮源率领预备队从唐回驰援王家河，日军地面部队与空降兵一起占领了唐回。唐淮源率领残部向东撤退到温峪一带，被日军挡住去路，只得与日军激战，遭受重大伤亡，再向东北和西北方向退去。12日，他们在尖山陷入日军四面包围，三次突围失败，唐淮源在尖山顶庙内自戕殉国。
同一天，第三军寸性奇师突围到胡家峪，遭到日军截击，寸性奇胸部中弹，身负重伤，坚持率部苦战。13日，他们也陷入日军重围，寸性奇两次负伤，右腿被日军炮弹炸断，自知无力回天，也拔枪自尽。继太原会战忻口战役中第九军军长郝梦龄与第五十四师师长刘家祺之后，又重演了一军之中军长和师长同时殉国的悲壮。
日军井关仞师团先头部队三千多人，从闻喜向公秉藩师防守的野峪、十八坪和唐王山等阵地猛攻，迅速攻陷了唐王山。公秉藩组织部队反攻，收复唐王山周围阵地，但因右翼友邻部队防线被突破，战区长官部命令他率部驰援曾万钟集团军司令部所在地马村，公秉藩师便放弃唐王山阵地，退到胡家峪。
中条山北侧是曾万钟集团军和刘茂恩集团军的接合部。日军的战略意图，在于迅速攻占横岭关和垣曲大道，直取垣曲县城，对守军两个集团军实施分割包围，各个歼灭。战役一开始，日军就以重兵猛攻横垣大道两侧。赵世铃军驻守东北侧，高桂滋军驻守西南侧，同时遭受日军重兵打击。
阳城附近的日军樱井师团和津田混成旅团一部，于5月7日下午向董村东西线武士敏军阵地攻击，遭到顽强抵抗。
8日拂晓，日军突破了赵世铃军十八坪阵地，赵世铃下令放弃阵地，撤向望仙庄一线。高桂滋军依靠工事和有利地形，进行了较为有效的抵抗，但因左右两翼都被日军突破，不得不退出防线。突破防线的日军兵分两路，一路沿桑池、贾家山和杜村河南下，另一路沿亳清河南下，经皋落、长直和王茅直下，黄昏时攻占垣曲县城，截断了守军与黄河南岸的联系。日军实现了中间突破，中条山的中国军队被分割成两半。此后的两天，日军于12日早晨在东路攻克邵源，与济源西进的日军会合；于11日在西路推进到五福涧，与9日攻占五福涧的日军会合。这样，日军完成了对守军的内层包围，彻底截断了守军在黄河沿线的补给线和退路。
13日，日军得到增援，再次发动攻击，突破董村阵地，武士敏军转移到横河镇东南地区，又遭到从济源突入的田中师团攻