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忻口戰役的前後防線涉及忻縣、崞縣、定襄縣三縣的近百個村莊。忻口、界河鋪、關子、南懷化、下王莊、泥村、舊河北等村是中間地區的主要戰場。四十里孤山之西，大白水附近，包括閻莊、永興、劉莊、朦騰、衛莊、南峪等村，為左翼地區的主要戰場。滹沱河以東的南郭下、西華榮、西南賈、蔡家崗及其所靠之山嶺為右翼地區的主要戰場。前敵總指揮衛立煌佈置軍隊防線東從龍王堂、蔡家崗起，西至朦騰、南峪，約有五、六十里。
戰前，閻錫山便有準備，早在忻口戰役的前兩年，即民國24年，閻錫山就命令在忻口村北的後溝及溝外的西崖下動工修築戰備窯洞，一直修到戰爭爆發前，總共修成窯洞47孔。這些窯洞全用石塊砌成，既深且寬，至今堅固完好，它是忻口戰役最好的紀念物，也永遠是極好的戰備用窯。最深的窯洞有二十餘米，寬度在三米以上，高約四米。洞門若城門狀，上有石垛，垛下有“第～號”字樣的橫匾，字大工整，給人以端莊之感。忻口戰役中，中間地區指揮所就設在後溝的第九號窯洞，其餘窯洞多做軍火庫和馬廄之用。
據忻口退休職工武長治老人回憶，當時修築窯洞共用款十一萬元，擔負修窯任務的是晉綏軍炮二十五團三營。該營營長李志勤（天津人）曾在忻口武寶玉家中住過，李志勤還叫來一夥他的天津老鄉，配合當地民工包攬修窯任務。
當平型關丟失後，閻錫山下令晉綏軍全線撤退，大軍在忻口一帶集結，同時，求援南京政斧。於是，衛立煌的第14集團軍從石家莊緊急入晉。
衛立煌根據忻口的地勢，佈置了三個方位的佈防。
中央地區：前敵總指揮郝夢齡，副總指揮陳長捷。指揮部位於後溝第九號窯洞。
忻口：國民黨第9軍54師師部（副官處設在武玉廳家中）；晉綏軍第61軍新編讀力第4旅（即於鎮河旅，住在王元治家中）。
界河鋪：晉綏軍70師215旅。
金山鋪：傅作義指揮部；國民黨21師、81師。
高城：晉綏軍第19軍，西北軍讀力第5旅。
淤泥：25軍。
關子：晉綏軍35軍211旅；54師5團2營，54師3團。
南懷化：第9軍54師一部；35軍；川軍；陝軍等。
下王莊：35軍218旅；第9軍54四師3團。
弓家莊與懷化北街：35軍某部。
劉家莊：晉綏軍炮兵某團1營。
左翼地區：總指揮李默庵。
沙窪：左翼地區指揮所（左翼第總指揮，第14軍長李默庵住姚宏家）。
大白水：國民黨軍第10師57團、59團。
劉莊：晉綏軍61軍；國民黨83師（師部設在楊來田家，師長劉戡）；94師；晉綏軍第2預備軍（軍長郭宗汾）71師。
蔚家野場：晉綏軍炮兵某部。
溫村、孫家灣、東呼延：駐後勤衛生部。
奇村：國民黨83師；李仙洲師某團；89師。
右翼地區受祿：右翼地區指揮所（右翼總指揮劉茂恩住王銀通院）。
三家村：國民黨軍64師某營（營長武東月）。
寺家莊：國民黨軍64師某團（團長姓武，與武東月是本家）。
北受祿：劉恩茂15軍某旅（旅長姓馬）。
上零山：晉綏軍某42團、43團（駐時僅一天）；劉恩茂15軍64師382團，高桂滋17軍501團，502團。
蔡家崗：劉恩茂15軍64師382團和高桂滋17軍某部。
峪裡、營房一帶：劉茂恩15軍64師383團。
南郭下、西華榮：劉恩茂15軍某部。白村：國民黨某旅（楊旅長）。
上湯頭：15軍64師（師部設在馮清彪家。師長武庭麟。）；高桂滋軍某部。
高村：第17軍軍部（高桂滋住李貴寶新院）。
伏虎莊：高桂滋軍五零零團。高城、王府莊：高桂滋軍某部。
針對衛立煌三線防守的軍事佈置，張培梅也相應做了部署：中央地區，由張培梅親自坐鎮指揮，駐地在忻口村李喜樓家。大隊長常如海帶領3中隊王斌的5、6兩個小隊。5小隊隊長楊曰龍，6小隊隊長薛軼卿。
左翼地區，由副大隊長閻百勝帶領第2中隊張保慶的3、4兩個小隊。3小隊隊長張