抗日战争时期，日军发动了对山西的猛烈进攻。山西当时由阎锡山控制，而阎锡山是一个非常注重个人利益的军阀，他通常不会主动招惹别人，只要别损害他的利益。可当日军攻入山西时，情况直接威胁到阎锡山的生命安全，他当然无法袖手旁观，立刻带领晋绥军投入了与日军的激烈战斗。 历史上有说法认为阎锡山是亲日派，但那种看法大多集中在抗日战争的后期。事实上，抗日战争初期，阎锡山并非完全支持日军，而是也积极参与抵抗。在日军进攻山西时，阎锡山集结了所有能调动的部队与日军展开血战。为了保持军心稳定，他甚至因为临阵脱逃的指控，枪决了自己的大将李服膺。

李服膺，阎锡山的十三太保之一，在晋绥军中的地位非常重要。他的军事生涯几乎是和晋绥军紧密相连的，因此按理说他应该是阎锡山的忠实支持者。然而，在日军攻打山西时，李服膺带领部队坚守天镇长达六天，但由于弹药和粮食告急，经过与傅作义的商议后，他决定撤离阵地。此举使他被阎锡山以临阵脱逃的罪名处决。 关于李服膺被枪决的原因，有两种常见的说法。一种是因为在日军强大的攻势下，山西的许多战略要地已经失守，阎锡山为了稳定军心并控制舆论，只能处决李服膺。另一种说法则认为，阎锡山在抗日战争前期，曾从南京政府那里获得大量资金用于防御工事的修建，但他私吞了其中的一部分。当李服膺在天镇失守后，政府本打算将他押往南京审问，而阎锡山担心李服膺会揭发他的贪污行为，于是决定将其除掉。

李服膺生于1890年，山西崞县的一个普通农民家庭。童年时期，他读过几年私塾。青少年时期为了生计，他离开家乡，来到太原，在纺织厂做学徒工。1909年，山西的留日学生带回了革命思想，李服膺也受到启发，决定投身革命，参与推翻清朝的事业。他最终通过努力考入了山西陆军小学堂。 1911年10月29日，山西的革命党人发起了太原起义，李服膺作为学生兵，积极参与其中。后来，李服膺与赵承绶、李生达等人听说续西峰在崞县组织了忻代宁公团，准备进攻大同，于是他们决定加入并参与攻打大同。

1912年民国成立后，阎锡山成为山西的都督。为了巩固自己的统治，他强行解散了忻代宁公团，续西峰因此誓言反抗阎锡山，时常参与反阎活动。 1914年，李服膺考入了北京清河陆军中学，这所学校专门培养北洋政府的军官。毕业后，他被保送到保定军官学校，在那里与傅作义、唐生智等人成为了同学。

1918年，李服膺从保定军官学校毕业，正好赶上阎锡山扩军。由于阎锡山对山西籍军官非常信任，李服膺和其他一些山西籍的保定毕业生决定回到山西投奔阎锡山。 李服膺加入晋军后，凭借出色的能力迅速崭露头角。阎锡山的军师赵戴文对李服膺非常赏识，甚至认他为干儿子。李服膺的军旅生涯顺风顺水，但他也有一些个人癖好，尤其喜欢赌博。传言他曾在太原的一次赌博中，一晚就输掉了十四万大洋。

1930年，中原大战爆发，阎锡山联合冯玉祥等人反对蒋介石，李服膺被任命为晋绥军第五军的军长。 1931年，中原大战结束后，阎锡山暂时离开山西。张学良在战争中帮助了蒋介石，随后获得了华北的控制权，张学良将晋绥军缩编为四个军，李服膺被任命为晋绥军第六十八师的师长。

不久后，九一八事变爆发，张学良将注意力转向了东北，阎锡山与蒋介石和解，重新掌握了山西的控制权。阎锡山再次恢复了对晋绥军的指挥，并开始扩军，李服膺的六十三师也被扩编为六十一军，成为阎锡山的十三太保之一。 1937年抗日战争爆发，李服膺率领六十一军驻守天镇。他的直接上司是第七集团军总司令傅作义。9月1日，阎锡山下令李服膺坚守天镇三天，以为大同会战争取时间。

9月3日，日军动用飞机和坦克进行进攻，晋绥军四二五团坚守阵地，经过激战，虽然四二五团损失惨重，但也歼灭了大量日军，守住了阵地。 9月4日，李服膺接到阎锡山参谋长杨维垣的命令，再坚守三天，为大同会战创造条件。这一天，日军发动了更为猛烈的进攻，六十一军在苦战中损失了大量兵力，但仍顽强抵抗，消灭了四百多名日军。

9月5日，日军继续进攻，并使用了毒气弹。尽管六十一军伤亡严重，但依旧守住了阵地。 9月6日，日军转向进攻四零零团阵地，经过激烈的肉搏战，四零零团的营长被炸死，最终阵地被日军占领。 9月7日，日军占领盘山后，继续攻打天镇。六十一军在守住天镇六天后，李服膺决定撤离。9月8日，李服膺下令部队撤离天镇。 9月12日，日军占领天镇，开始在城内进行大规模屠杀，数千名无辜百姓惨死。 几天后，阎锡山的大同会战计划因天镇失守而告吹，他决定放弃大同，让傅作义、王靖国和李服膺带队前往平型关。李服膺在转移时接到阎锡山的命令，参加军事会议。 李服膺坚持前往会议，但他却被阎锡山的宪兵逮捕，指控他擅自撤退。傅作义劝阎锡山宽容，但在蒋介石的压力下，阎锡山最终决定处决李服膺。李服膺被审判并在当晚被执行枪决。阎锡山的这一决定让许多晋绥军将领心寒，傅作义等人也因此脱离了阎锡山的控制。