位於在中條山北部的守軍為第14集團軍所屬第93軍第1o師、第15軍、第43軍，左與第5集團軍相鄰。5月7日晚，日軍第33師團從南嶺至陽城一線向第14集團軍正面突擊，在沁陽的第21師團、在溫縣的第35師團，也各自以一部對恩14集團軍接連動進攻。次日晨，日軍突破第43軍陣地，繼續向南突進，在沁陽以西扼守公路的第9軍54師，則激戰至8日上午，也隨即後撤，孟縣被日軍所佔領。
接著日軍第21師團、第35師團會攻濟源。濟源被其佔領之後，由於第9軍接到衛立煌將軍的命令，退守王屋鎮以東的封門口山區既設陣地，一部於封門口以南的大嶺頭阻止敵人，以掩護黃河的關陽渡口。而此時，由於西路的日軍第41師團已於8日的下午佔領了垣曲（，獨立混成第16旅團繼續沿黃河北岸東進，衛立煌將軍又令第9軍從由關陽渡口，撤至黃河以南。然而東西兩路的日軍已經幾乎形成匯合，加之日本飛機對渡口進行轟炸與封鎖，不少船隻被炸壞，因此，第9軍僅有第54師在受到較大傷亡後，渡至黃河以南的官水磨一帶，第47師、新編第24師因已無法渡河，而撤至王屋、邵原公路以北，進行遊擊，並與在該地區的第14集團軍取得聯繫。
本身在中條山東部是指方向擔任進攻的日軍，便是華北方面軍直轄的第35師團配屬騎兵第4旅團、第21師團。自從5月7日，第21師團從沁陽、博愛出，第35師團及騎兵第4旅團從溫縣出，在飛機、戰車、火炮支援下開始向西突擊以來，第9軍就屢屢處於被動之中。激戰至8日之後，隨著日軍第35師團突破第54師陣地佔領孟縣，爾後與第21師團合擊濟源，並在攻佔濟源。第9軍除了退守封門口既設陣地，留一部在大嶺頭側擊日軍之外，別無他法。
而由於西路的日軍第41師團已於8日晚攻佔垣曲，獨立混成第16旅團一部繼續沿黃河北岸東進，第1戰區司令長官-衛立煌因河防空虛，急令第9軍主力由關陽渡口撤至黃河南岸擔任河防，留一部兵力遲滯日軍，掩護第14集團軍後方，也才造成了現在的現狀。
1o日拂曉，第9軍直屬部隊及第54師傷亡頗大，且只能乘日機轟炸間隙搶渡，所以軍直屬部隊及54師直至當夜才渡過黃河。11日，日軍接連對第47師陣地起猛攻，渡口、船隻已全被炸毀。第47師及新編第24師無法渡河，不得已退至王屋、邵源公路以北進行遊擊，並與第14集團軍取得聯繫。
當日，西路的獨立混成第16旅.團與東路的第35師團在邵源會合。至此，中條山通南岸的黃河渡口全被日軍封鎖，日軍隨即北向橫河鎮突進，與第33師團夾擊第14集團軍。未及撤到黃河南岸的第9軍部隊則只能轉移到道清路西段和濟源以北山區開展游擊。
第14集團軍的防區範圍較大，作戰.開始時，南部的日軍第35師團、第21師團。主要是向西攻佔孟縣、濟源縣以及王屋鎮、邵原鎮，以達其封鎖的目的，而未作向心攻擊，所以第14集團軍開始之時，曾以在沁水縣以南下川地區的第15軍、98軍一部在橫河鎮西北的煤坪一帶，圍攻第33師團至該地的一部。
可是當南部後方被遮斷敵第33.師團作向心攻擊，而西部曾萬鐘的第5集團軍情況不明時，衛立煌指示第14集團軍主力向沁水、翼城公路以北轉移，就地補給，另整態勢。
依此照長官司令部的命令，第14集團軍令43軍佈防於.垣曲以東的同善直至靈官廟的東西一線。15軍佈防於同善向北至舜王坪一線，以阻止南路的日軍獨混第16旅團、第21師團及西路的第42師團。又令在沁水東北王壁鎮的第93軍進攻沁水，以接應集團軍主力北撤。
隨著日軍於1o日進至煤坪。但右翼第98軍則堅守陣地，.頑強抗擊，日軍一再增兵，連續進攻，才於13日佔領董封。第14集團軍各部撤至橫河鎮東南地區，但這時西路日軍已佔領垣曲，東路日軍已佔領邵源，第14集團軍腹背受敵，後退不得，補給中斷。
然而西路的獨立混成第16旅團、東路的第35師團已.經於5月11日在邵原會師。至此第5、第14集團軍的南部後方，全部被敵遮斷，這一段的黃河渡口亦被敵封鎖。
5月14日，南部在濟.源至邵原公路一線的日軍第35師團、第21師團，開始沿公路向北作橫向進攻，與陽城的第33師團夾擊第14集團軍。此後，第14集團軍隨即陷入混戰，不少部隊以團為單位北撤，計劃長途轉至太岳山區。
第1戰區乃令第14集團軍向沁翼公路以北轉移。該集團軍以第93軍第1o師一部在陽城附近游擊，以第98軍一部在董封以南遊擊，以第15軍一部在橫河鎮附近游擊，各牽制當面日軍，掩護主力沿董封、沁水東西地區，於14日開始分路向北突圍。日軍對突圍部隊層層攔截，並多次施放毒氣彈，戰鬥異常激烈。
而日軍獨立混成第16旅團，在9日晨已攻佔了五福澗之後，谷燾所率85師的兩個團在該地戰至1o日晨，也被迫撤回南岸。此時第5集團軍已無法渡河，只能由南澗溝向西北方向突圍，結果損失極重，第3軍軍長唐淮源在極困難中指揮部隊戰至最後，最終於5月12日自戕殉國，第12師師長寸性奇亦於15日陣亡。
就這樣，在中條山西部地區的作戰，，日軍僅用1天時間即全面突入中國守軍縱深地帶。儘管在5月9日4時，日軍一部已迫近第5集團軍總司令部所在地馬村，司令部東移至漳南溝，後，當即接到第1戰區司令長官衛立煌的電話「本部已派兵2團，在五福澗以北高地佔領橋頭堡陣地，並徵集渡船十餘隻。不得已時，各軍應逐次南移，在五福澗渡河」但實際上，日軍獨立混成第16旅團的先頭部隊已於9日上午進至五福澗。由河南岸派來的第14軍85師的兩個團與日軍激戰至1o日晨，被迫放棄橋頭堡陣地，退回黃河南岸。
此時退守台寨的第8o軍已與日軍苦戰2日，傷亡慘重。第8o軍奉命南渡，新編第27師掩護主力渡河，堅守陣地，力戰不退。第8o軍從平6以東後撤至台寨、師家灘一帶時，歷經苦戰，於11日渡至黃河以南後，負責掩護的新編第27師師長師長王竣、副師長梁希賢、參謀長陳文祀均壯烈殉國。
而第3軍、第17軍被分割包圍於中條山內，連日陷於苦戰，後援無繼，迴旋餘地不大，處境危殆。第1戰區和第5集團軍為保存力量，下令第33軍向西北、第17軍向西，以團為單位分散突圍。因日軍設有多層包圍圈，突圍途中每每與日軍遭遇，各部隊且戰且走，利用夜暗擺脫日軍，隱蔽西進，在夏縣、安邑、聞喜一帶突破日軍封鎖線，越過同蒲鐵路，渡過汾河。至5月19日，第3軍、第17軍各有4個團到達呂梁山區的稷山、鄉寧一帶休整。突圍未出的部隊，一部分被日軍消滅，一部分化整為零留於中條山內游擊。
日軍佔領中條山西部地區後，由南向北，再由北向南，反覆進行梳篦式掃蕩，從5月中旬到6月上旬，留於中條山內的中**隊大部被殲。
而第43軍轉至外線以後，由第2戰區所屬第8集團軍副總司令楚溪春率領，從浮山、翼城之間西進，渡過汾河歸還原建制。第14集團軍則與第15軍等部隊留在黃河北岸。
退入太岳區的部隊此時則統由93軍軍長劉勘指揮。原分散在敵包圍區內的各部隊，開始在雲霧山地區游擊，當得知南撤已不可能時，不得不趁著夜色，通過日軍包圍圈內的空隙西進，越過同蒲路南段，計劃在萬榮縣以西渡過黃河至陝西省的韓城，然後返回第1戰區。
98軍經輾轉作戰15日突出重圍而到達了北面的太岳山區。曾萬鍾率第3軍、15軍及94師最後突出重圍，向西越過同蒲路南段，渡過汾河、黃河，到達陝西，然後轉至洛陽、新安一帶。93軍、第17軍亦向西轉至稷山和鄉寧。
至2o日前後，第93軍第1o師和第98軍、第15軍各一部在太岳區八路軍策應下，突破日軍的包圍和截擊，進入沁水以北地區。第14集團軍指揮部及各軍擔任游擊的部隊因受日軍阻截，未能突圍北進，輾轉游擊於中條山區達半月之久，直到5月底6月初才乘夜暗分批突過日軍封鎖線，或南渡黃河，或北進與主力會合。
雖然第27軍曾由陵川西進，威脅晉城、陽城，策應第14集團軍突圍，但在遭日軍第36師團、第33師團阻擊後退回，未與第14集團軍靠攏。
而早在6月15日，日軍方面就宣佈進攻中條山的『中原會戰』結束。華北方面軍司令官多田駿在總結時認為，取得戰果的主要原因是徹底集中了兵力；作了周到、充分的準備；三進行了有效的隱蔽和欺騙活動；各作戰師團真正做到了團結一致。