在江防計劃上，如前所述，蔣介石指令湯恩伯把防守重點放在南京以東，以便退守上海。當時，蔣介石已在精心經(jīng)營臺灣，海空軍已逐步南撤，他的注意重點在保持海上交通的便利，以便進退有據(jù)，一方面利用上海豐富的人力物力資源，盡量延緩失敗的時間，一方面盡可能將上海地區(qū)的物資財富轉移到臺灣，把臺灣作為最后的基地，以待國際形勢的變化。但李宗仁、白崇禧與蔣介石不同。他們不能掌握海軍和空軍，而臺灣完全在蔣介石系統(tǒng)的控制之下，因此，他們的注意重點是退守西南。李宗仁回憶說：“我們留在南京的將領，一致認為南京無法再守，但是白崇禧對防守武漢及西南半壁河山尚具信心。他主張放棄京、滬兩地，把湯恩伯的主力移至浙贛線和南潯線，與華中部隊約四十萬人成為犄角，以固守湘、贛，防止敵軍侵入西南?！?sup>[1]結果，兩種戰(zhàn)略設想都不能徹底貫徹，江防擺了個“死蛇陣”(劉伯承語)。除東面的四個軍尚能轉移兵力，其余江防部隊大量被殲滅或潰散，未能主動轉移和撤退。解放軍迅速占領了杭州，切斷了浙贛線。這樣，上海的湯恩伯部既失去了腹地的掩護而陷于孤立，武漢白崇禧也面臨被解放軍切斷退路的危險，不得不向浙贛線以南地區(qū)部署撤退。蔣桂之間的矛盾，加速了國民黨政權的崩潰。
上海是當時中國最大的工商業(yè)城市，擁有最豐富的物資和最強的生產(chǎn)能力，國民黨軍根據(jù)蔣介石的部署，在淮?！彀鰬?zhàn)役即將潰敗之際，著手在上海構筑堅固的防御工事。從1948年12月到1949年4月下旬，上海、吳淞周圍地區(qū)的永久性陣地工事已經(jīng)完成，計鋼筋水泥碉堡4200座，計劃供十個軍使用，主陣地全長約80公里，縱深8—15公里^[2]。
在江防部署時，上海附近配置了第三十七軍、五十二軍、七十五軍，及江蘇保安隊改編的暫一軍(駐崇明島)。4月中旬，成立淞滬防衛(wèi)司令部，任命石覺為淞滬防衛(wèi)司令官。石覺即原第九兵團司令官，北平和平解決后乘飛機離開北平，到上海負責指揮野戰(zhàn)部隊，即第三十七軍、七十五軍、五十二軍、交警第二總隊、第三五三師(屬十二軍),原淞滬警備司令部指揮的各特種兵部隊^[3]。同時成立上海市戰(zhàn)地政務委員會，由湯恩伯兼任主任委員，以強化控制。解放軍突破江防后，湯恩伯即將司令部從南京撤到上海，同時將在鷹潭接兵的第九十九軍第九十九師和在浙江臨海整補的第十二軍(僅四個團兵力)調(diào)入上海，并令江防四個軍向上海撤退。當時，湯恩伯確定，以“確保淞滬反攻基地，以待新生力量之成熟，及國際情勢之有利變化”為作戰(zhàn)方針，在淞滬地區(qū)，以永久工事為骨干，構成環(huán)形陣地，預期使用陸軍十至十二個軍兵力，除淞滬原有三個軍外，其余大部由江防部隊轉移之^[4]。但在撤退過程中，各軍損失重大，第二十一軍、五十一軍各存四個團兵力，第五十四軍損失一個團，第一二三軍僅存2000兵力。而向杭州方向撤退的四個軍已被解放軍殲滅。退守上海的總兵力僅九個軍，二十四個師，以及其他部隊，總計22萬人^[5]。
解放軍百萬雄師順利渡江，以秋風掃落葉之勢，實施追擊，進展十分順利。從軍事上說，解放軍向上海進兵，擊敗湯恩伯殘部已經(jīng)毫無問題。但是，解放軍在進軍占領工商業(yè)城市的過程中，雖然不斷有所進步，但仍然發(fā)生了一系列問題，造成城市工作的混亂。第三十五軍占領南京后，曾發(fā)生幾個下級干部士兵違紀闖入美國駐華大使司徒雷登住所的嚴重事件。上海是中國最大的城市，接收工作十分復雜，必須作好充分準備。因此，為了主動地有秩序地占領上海，中共中央軍委一再要求總前委作好充分準備。總前委也于4月30日建議：“根據(jù)南京經(jīng)驗，在我黨我軍未作適當準備，倉猝進入大城市，必然陷于非常被動的地位……(部隊)如不經(jīng)過十天左右的整訓，進城之后一定發(fā)生許多問題。卅五軍因非主力兵團驕氣較少，故該軍在南京雖然出了不少亂子，但紀律還算比較好的。其他主力軍如不訓練，不會比卅五軍的情況更好。我們考慮以盡可能推遲半月到一月入上海為好，杭州亦以遲一點進為好?！?sup>[6]中共中央軍委根據(jù)總前委的建議，于5月3日指示總前委、華東局和粟裕、張震，一方面要求用十天時間作好準備，讓軍隊學習政策和接管城市事項，以便在湯恩伯撤退時，不得不去占領；同時要求拖長時間至半個月或二十天或一個月再去占領?！昂螘r占領上海，要等候我們的命令”^[7]。同時，中共中央仍希望用和平方法解決上海問題。但為了迫使敵人接受和平，并阻止國民黨當局從上海大量搬走物資，中央軍委于5月5日指示前線將領，先行占領吳淞、嘉興，切斷敵從吳淞、乍浦兩處逃路，然后從容布置。
5月7日，粟裕、張震作出部署，以第十兵團攻擊吳淞，以第九兵團攻擊嘉興，先以鉗形攻勢切斷上海敵軍海上逃路。但在兵力配備上，僅以第二十九軍兩個師主攻吳淞，以三十軍一個軍主攻嘉興，如敵向南匯、川沙撤退時，進入浦東斷敵退路。這一部署得到中央軍委的批準。5月10日，第三野戰(zhàn)軍下達了淞滬戰(zhàn)役作戰(zhàn)命令，要求二十九軍于14日拂曉前攻占吳淞、寶山，三十軍先頭部隊于16日晚占領川沙。
當時，湯恩伯以仍有戰(zhàn)斗力的第五十二軍、第二十一軍(第九十九師和一四六師)、第五十四軍、第七十五軍在滬西沿吳淞外圍至莘莊一線部署，第十二軍、第三十七軍部署在浦東沿江地區(qū)，以第一二三軍殘部部署在外圍的昆山一線，以第五十一軍殘部部署在南匯、川沙。蔣介石于4月26日到達上海，27日進駐市區(qū)，親自督促防衛(wèi)上海的戰(zhàn)斗。當時，浦東方面三個軍戰(zhàn)力不強，沿江陣地縱深僅五公里。他意識到浦東兵力薄弱，是部署上的弱點，但也無可奈何。同時，國民黨當局在上海大肆搜捕殘殺學生運動骨干、中共地下工作者和民主人士，制造了嚴厲的白色恐怖。4月25日晚至26日晨，一次就逮捕了學生352人^[8]。據(jù)《上海戰(zhàn)役》一書所列，1949年1月—5月，在上海被國民黨當局殺害的烈士有100人。其中有：工人運動領袖鐘泉周等公交三烈士，上海地下黨秘密電臺臺長李白等地下工作者，學生運動領袖穆漢祥等(交通大學),參與策動國民黨軍起義的國民黨將領張權、陳爾晉等，轉入秘密斗爭的民主黨派成員黃競武(民建，黃炎培之子)、謝超逸(民革)、虞鍵(農(nóng)工民主黨)、林紹禹(民盟),等等。
5月12日上午，解放軍各部發(fā)起攻擊，但當解放軍攻擊至月浦、楊行、劉行等敵既設陣地之前，即遭到國民黨軍的頑強阻擊，戰(zhàn)斗十分激烈，解放軍傷亡很大而進展遲緩。當時，解放軍自渡江以后，進展順利，且不斷有敵將逃跑和起義的不確實情報，所以前線將領存有輕敵情緒，對戰(zhàn)斗的嚴重性估計不足。據(jù)葉飛回憶：“常熟到吳淞口距離一百二十多公里，需要經(jīng)過太倉、渡過瀏河，經(jīng)過嘉定、月浦、楊行、劉行等永久性要塞設防地域，才能到達吳淞口。就是不打仗，強行軍一天也只能走六七十公里。為什么命令西路軍由常熟出發(fā)，限兩日內(nèi)到達吳淞口呢？這是因為輕信了情報，說是敵軍準備起義，因而認為從常熟到吳淞口，不會有什么仗打?！?sup>[9]第十兵團司令員葉飛因所部攻擊受阻，于14日晚向野戰(zhàn)軍司令部報告，“吳淞、月浦、劉行均為敵主陣地”,“難于一下插入?yún)卿痢?sup>[10]。粟裕、張震研究了前敵攻擊受阻的情況，認為：“該線現(xiàn)為淞滬敵主陣地，必須有準備之攻擊，方易奏效。”于是，改變部署，以敵人防守薄弱的浦東為主攻方向，命令第九兵團，無論哪一個軍在前，即“應以最先頭軍，力求迅速攻占川沙、高橋，并確實控制東溝鎮(zhèn)以北與全國輪船檢查處(吳淞右岸)之間，以炮火封鎖江面，但必須有負責干部掌握，不得轟擊外國兵艦”。要求九兵團大膽迅速推進。十兵團則以兩個軍攻擊前進，力求開辟通道，以炮兵封鎖江口^[11]?？偳拔玫角熬€報告后，即指示前敵將領攻滬戰(zhàn)役不要性急，十兵團、九兵團兩方面都要作充分準備^[12]。于是，奔襲式的鉗形攻勢轉入逐點逐堡的攻堅戰(zhàn)斗。國民黨軍以?？哲娭г戃姡浪辣Ｕ蠀卿量趦蓚汝嚨?，確保其出海口。
當解放軍第十兵團在月浦、劉行一線陷入了艱苦的攻堅戰(zhàn)斗之際，第九兵團在浦東乘虛迅速推進。第三十軍于14日占領南匯，15日晨超越川沙城區(qū)，推進至顧家路，切斷第十二軍和五十一軍的聯(lián)系。第五十一軍從川沙城撤退后在小營房一帶布防，解放軍第三十軍主力占領川沙城區(qū)后繼續(xù)追擊，在小營房、白龍港包圍了第五十一軍。吳淞口面臨威脅，于是湯恩伯在浦東臨時組建了浦東兵團司令部，由第五十四軍軍長闕漢騫任司令，駐高橋指揮駐守浦東的三個軍。16日晚，第五十一軍被殲滅，軍長王秉鉞被俘。形勢趨緊，湯恩伯、陳大慶于是日晚從市區(qū)撤到了吳淞口外的軍艦上，設立指揮部，同時即以劉昌義出任第五十一軍軍長，收容殘部，駐守市區(qū)。同日，解放軍第三十一軍占領周浦。17日晚，第三十軍向高橋推進，第三十一軍在左翼展開，占領東溝鎮(zhèn)段江面，18日占領高行，協(xié)同攻擊高橋。湯恩伯為保護吳淞口陣地，以確保從海上撤退的通道，即調(diào)市區(qū)的第九十五師增援，續(xù)后又調(diào)第七十五軍增援高橋，并以海軍艦炮支援，拚命抵抗，戰(zhàn)斗十分激烈。這一帶處于江海之間的狹窄地帶，攻擊部隊難以展開和運動，傷亡嚴重，進展緩慢。直至23日，第九兵團重炮兵到達前線，向敵海軍發(fā)起攻擊，控制了江面，攻擊部隊的態(tài)勢才得以改善。
當時，解放軍攻滬的大部隊，因為接收上海需要時間準備，正等待中共中央的命令，沒有配合鉗形攻勢出擊。鉗形攻勢部隊受地形限制，也無法多面展開攻擊。國民黨軍得以集中有戰(zhàn)斗力的部隊，在?？哲娭г拢瑧{借既設陣地，頑強死守吳淞口兩側狹窄陣地，確保其出?？凇Ｋ谠ｈb于攻擊部隊傷亡嚴重，進展緩慢，于5月18日向總前委和中共中央軍委建議，“如對滬攻擊不受時間地區(qū)限制”,要求“四面八方向市區(qū)發(fā)起攻擊”^[13]。這時，接收準備工作已大體就緒，5月20日，中央軍委即指示前線將領，可以總攻上海，并指示要作好充分準備，考慮到前線部隊的困難，軍委愛惜前線將士，特別指示對于吳淞要塞，“可以放棄一部分不攻，讓其從海上逃去”^[14]。
于是，粟裕、張震于5月21日制定了調(diào)集十個軍的重兵總攻上海的部署，22日得到中央軍委的批準，23日晚即發(fā)起總攻。國民黨軍在解放軍強大軍力壓迫下，向蘇州河以北退縮。24日晚，解放軍先頭部隊進入市區(qū)。翌日晨，占領了蘇州河以南的市區(qū)。是日中午，湯恩伯下令撤退。當晚各軍在混亂中登船，撤運行動計有海輪十四艘，登陸艇四艘。5月26日拂曉，船隊全部駛離吳淞口^[15]。解放軍第三十、第三十一軍于25日晚占領高橋。26日，第十兵團占領吳淞、寶山。當時，湯恩伯在撤退之際，任命劉昌義為淞滬警備副司令，指揮殿后部隊。26日，處于絕境的劉昌義率部四萬多人向解放軍投誠。27日，湯恩伯留下的掩護部隊第三十七軍、第二十一軍等部紛紛瓦解，中午，最后一股國民黨軍第二十一軍二三○師在楊樹浦投降。解放軍將上海市區(qū)敵軍全部肅清。
上海戰(zhàn)役共殲滅國民黨軍第三十七軍、五十一軍全部及二十一軍、一二三軍之各三個師及暫八師全部，第七十五軍一個師，五十二、十二軍一部，五個交警總隊，共15萬人。湯恩伯僅得以從上海撤走第五十四軍、十二軍、五十二軍等部主力，及第七十五軍一部、第九十九師、第二十一軍和一二三軍軍部，二個炮兵團，共五萬多人。^[16]
國民黨軍在長江防御崩潰之際，其孤懸華北的最后重要據(jù)點太原也失守了。太原是閻錫山長期經(jīng)營的據(jù)點，擁有獨立的軍工體系和完整的城防工事。閻錫山有自己的一套政治控制系統(tǒng)，成為山西的“土皇帝”。這一軍政集團在瀕臨覆滅之際，仍進行了頑強的抵抗。
1948年7月，閻錫山部在晉中戰(zhàn)役失敗，擁有的十五個師被殲滅十個，太原已經(jīng)陷于孤立，它同外界的聯(lián)絡主要依靠空運。蔣介石于7月22日親自飛赴太原，為閻錫山鼓勁。太原守備兵力經(jīng)整補后為兩個兵團，五個軍，約九萬人，加上其他武裝力量，總計14.9萬人^[17]。太原三面環(huán)山，城南平坦無險，汾河縱貫南北。以王靖國的第十兵團擔任城東、城南地區(qū)的防御，以孫楚的第十五兵團擔任城西、城北地區(qū)的防御。以蔣介石從胡宗南部調(diào)入的第三十軍、第八十三師，由敵偽軍改編而來的獨立第八、第九及由留用日軍作骨干的第十總隊等部及特種兵為總預備隊。以少數(shù)兵力固守要點，大部兵力保持機動。推行黨政軍一元化，實行總體戰(zhàn)。但太原糧食缺乏，空運能力有限，士兵營養(yǎng)不良，多患夜盲癥。
由于晉中戰(zhàn)役中閻錫山部主力被殲，太原孤立，兵力空虛，毛澤東于7月16日曾期望徐向前、周士第兵團爭取于十天內(nèi)外奪取太原，并爭取閻錫山歸降。但當時戰(zhàn)役尚未結束，部隊傷亡很大，需要休整補充，而蔣介石從西安抽調(diào)整編第三十師四個團，從7月17日起空運太原，加強了太原的防衛(wèi)力量。7月21日，徐向前、周士第向中央軍委報告，太原外圍陣地堅固，閻錫山部至少有六萬人以上，各師補充及時，兵員充實，而華北一兵團各縱兵員不充實，“在攻取太原作戰(zhàn)以前，必須經(jīng)過一個適當休整準備階段”,因此，確定作戰(zhàn)原則如下：“切實完成對太原市之包圍圍困，控制南北機場及若干外圍工礦，斷絕其外援及糧彈、燃料補給，逐步攻取必要的外圍據(jù)點，消滅其有生力量，瓦解動搖敵人，以造成攻城有利條件，開辟攻城道路，完成攻城準備，然后一舉攻取之。”^[18]軍委同意這一方針，令徐兵團全軍轉入休整，準備攻取太原，并令組成前敵委員會，以徐向前為書記，統(tǒng)一指揮。
解放軍攻擊太原的部隊計有：華北野戰(zhàn)軍第一兵團(轄三個縱隊),晉綏軍區(qū)(后改屬西北野戰(zhàn)軍)第七縱隊和晉中軍區(qū)部隊，共十七個旅，十萬余人^[19]。華北第一兵團在解放軍中并非主力兵團，系劉鄧大軍挺進中原后，由地方武裝升級而來，原來的基礎薄弱，在一年多的戰(zhàn)斗中發(fā)展壯大起來。以10萬兵力攻擊堅固設防的太原，兵力顯然不足。但當時各地戰(zhàn)斗激烈，不久遼沈戰(zhàn)役開始，所以，華北第一兵團準備獨力完成攻克太原的任務。前委于9月28日制定了攻取太原的作戰(zhàn)方案：“戰(zhàn)役指導方針，系以圍困、瓦解、攻擊逐步削弱敵人，然后一舉攻下太原，全殲敵人。戰(zhàn)役擬于十月十八日開始，爭取三個月內(nèi)結束。攻擊步驟擬第一步突破敵第一線防御陣地，以火力控制南北機場，斷敵外援，便于瓦解工作。第二步攻占東南東北攻城必需之據(jù)點。第三步攻城?！?sup>[20]這一方案，鑒于太原缺糧，機場受到解放軍炮火控制，敵有戰(zhàn)斗力的部隊無多，因此對敵頑強抵抗的能力估計不足。正在石家莊養(yǎng)病的徐向前接到這一方案后認為：“首先爭取一直連續(xù)的打下去，在最快時間內(nèi)全殲敵人是上策，先打再圍帶打而下之即消耗較大是中策，下策即必須增加力量再攻下之，即影響別線作戰(zhàn)，只是最后之一途?！?sup>[21]
正當華北第一兵團諸部積極準備攻城之際，閻錫山于10月1日派出了七個師，脫離既設陣地，出城破壞解放軍攻城準備，搶奪糧食，于10月4日間南下至小店、南黑窯、秋村、西溫莊一線。一兵團迅速抓住戰(zhàn)機，隱蔽集結了四個縱隊，于10月5日發(fā)起戰(zhàn)斗，包圍殲滅了敵第四十四師、四十五師全部，殲敵萬余人，占領了華北最大的武宿機場和太原外圍的重要據(jù)點石嘴子、鳳閣梁。太原守軍損失嚴重，解放軍乘機提早發(fā)起了攻取太原的戰(zhàn)斗，但因此更改了原定部署，并抱著一個不確定的目標，即打了以后有利再打，未有成算。
前委原作戰(zhàn)方案，主攻方向在城東南，在初期戰(zhàn)斗中發(fā)現(xiàn)，城南工事堅固，配有重兵防守，因此把主攻方向轉向東山。東山是太原的主要屏障，攻占東山就可以控制太原的命脈。閻錫山在東山構筑有四大要點：牛駝寨、小窯頭、淖馬、山頭。10月16日，解放軍開始行動，18日拂曉，西北第七縱隊一部以奇襲手段奪取了牛駝寨，但因其他部隊未能跟上，態(tài)勢孤立，遭到太原守軍的強力反擊。10月21日，國民黨軍第三十軍和第十總隊三個團，在強大炮火的支援下，重占牛駝寨。解放軍第十三縱隊攻擊馬莊也未得手。但對東山進行了面的占領。
華北傅作義為了配合山西和東北戰(zhàn)場，組織所謂援晉兵團，企圖偷襲石家莊，但未能實現(xiàn)。國民黨軍統(tǒng)帥部也曾希望傅作義能向太原一線解放軍實行攻擊，各個擊破^[22]。但解放軍不久就兵臨北平城下。10月21日起，蔣介石令第八十三師從榆林空運太原增援，但遭到鄧寶珊的反對，“據(jù)空軍報告，榆林鄧寶珊不許再運，并稱如必再運，即將以武裝阻止”^[23]。
鑒于第一次攻擊失利，解放軍調(diào)整了部署，集中兵力火力，攻擊四大要點。太原守軍也將城防兵力集中到東山要點上，以第十總隊及第六十八師一個團守牛駝寨；以第四十師一個團及保安六團一部守小窯頭；以第八總隊及保安六團大部守淖馬；以第九總隊及第七十三師、四十九師一部守山頭。以第三十軍全部、第四十師二個團組成機動兵團。11月初，蔣介石從榆林抽調(diào)第八十三師空運增援太原，并于11月9日加入機動兵團作戰(zhàn)。解放軍計劃以西北第七縱隊攻取牛駝寨向陳家峪發(fā)展；第八縱隊四個團攻取小窯頭向楊家峪發(fā)展；第十五縱隊攻取淖馬向傘兒村發(fā)展；第十三縱隊攻取山頭向雙塔寺發(fā)展。10月23日，兵團頒布了總攻擊令，26日晚展開了激烈的戰(zhàn)斗。太原守軍憑借堅固工事和強大火力，在執(zhí)法隊的嚴厲督戰(zhàn)下，死打硬拼，各據(jù)點反復爭奪，血戰(zhàn)空前。
在東山前線血戰(zhàn)之際，從西安調(diào)入的第三十軍軍長黃樵松，原系西北軍楊虎城舊部，與解放軍接洽起義，準備里應外合，攻取太原。但在起義前夕，該軍第二十七師師長戴炳南向閻錫山告密，11月2日，黃樵松和進城聯(lián)絡的解放軍第八縱隊參謀處長晉夫等被捕，后被押解到南京殺害。戴炳南則在太原解放后被人民政府捕獲處以死刑。
戰(zhàn)斗至11月12日，解放軍攻占了東山全部四大要點，俯瞰全城。經(jīng)此一戰(zhàn)，太原守軍僅剩約六萬殘兵，陷于孤立。但解放軍十萬之眾，傷亡已達二萬^[24],也難以繼續(xù)承擔攻城戰(zhàn)斗，不能不進行休整，并要求中央軍委增加兵力。中央軍委即令華北第二兵團西進參加攻取太原的戰(zhàn)斗。但這時，東北野戰(zhàn)軍將領林彪、程子華等都不贊成華北第二兵團西進，要求停止攻擊太原的戰(zhàn)斗，集中全力對付華北傅作義所部。中央軍委綜合了各方面的意見，即于11月16日征詢太原前線將領的意見：“估計到太原攻克過早，有使傅作義感到孤立，自動放棄平、津、張、唐南撤，或分別向西、向南撤退，增加爾后殲滅的困難，請你們考慮下列方針是否可行：(一)再打一二個星期，將外圍要點攻占若干并確實控制機場，即停止攻擊，進行政治攻勢。部隊固守已得陣地，就地休整。待明年一月上旬東北我軍入關攻擊平、津時，你們再攻太原。(二)如果采取此項方針，楊羅耿部即在阜平休整，暫不西進。”^[25]于是，太原前線解放軍停止戰(zhàn)役攻擊，圍城待援，部隊轉入休整，同時，對太原守軍下級官兵進行政治攻勢，先后瓦解敵軍萬余人。
北平和平解決，平津戰(zhàn)役結束，中央軍委調(diào)序列改編后的第十九兵團(即原華北二兵團，楊得志為司令員)、第二十兵團(即原華北三兵團，楊成武為司令員)和第四野戰(zhàn)軍的第一炮兵師增援太原，華北一兵團改為十八兵團。1949年3月中旬，解放軍組成太原前線司令部，以徐向前為司令員兼政治委員，并成立總前委，徐向前為書記。總兵力達十個軍三十七個師，共32.8萬余人，炮1300余門。太原守軍經(jīng)整補后為六個軍十三個師，共7.2萬余人，解放軍以4.54∶1的兵力比，占據(jù)了絕對優(yōu)勢^[26]。
這時，彭德懷于參加中共七屆二中全會后，返回西北途中，于3月28日到達太原前線，準備于太原戰(zhàn)役結束后，調(diào)第十八兵團、十九兵團到西北作戰(zhàn)。徐向前正患病在身，無法到前線指揮，于是請彭德懷留下指揮攻城，得到中央軍委的批準，但仍以徐向前名義下達命令。3月30日，總前委制定了作戰(zhàn)方案，并經(jīng)彭德懷同意，“第一步打外圍據(jù)點，爭取消滅敵人六至八個師，占領攻城有利陣地。第二步攻城”^[27]。攻擊時間定于4月15日開始。預計半個月解決戰(zhàn)斗，但作一個月作戰(zhàn)的準備。軍委同意了總前委的作戰(zhàn)方案，同時要求爭取和平解決的可能性。北平和談期間，也有同時解決太原問題的磋商。盡管閻錫山已于3月29日乘飛機離開太原，太原守軍仍頑固地拒絕接受和平。4月14日，徐向前等向軍委請示提前發(fā)起攻擊，4月17日軍委復電授權說：“你們覺得何時發(fā)起打太原為有利，即可動手打太原，不受任何約束?！?sup>[28]
4月19日夜，太原前線解放軍發(fā)起了攻城戰(zhàn)斗，以插入分割戰(zhàn)法，先以第二十兵團、十九兵團為主，從南北兩面攻擊，以十八兵團及第七軍(即原西北七縱)主力佯動，待南北兩路順利進展后，第十八兵團及第七軍主力即于20日下午5時半投入戰(zhàn)斗，向城東郊攻擊。至22日上午9時，城郊敵軍全部肅清。
閻錫山本是奉李宗仁之召，參與和平談判問題的商議，一去不歸，在南京用電話指揮。他原發(fā)誓要與太原共存亡，而至此太原即將失守之際，仍滯留南京。蔣介石、李宗仁都勸閻錫山留在南京。直到解放軍炮火完全封鎖了太原機場，閻錫山才故作姿態(tài)，謀求用民航機空降太原，自然難以成行^[29]。盡管閻對自己部下違背了諾言，但他在4月20日左右，仍電其五妹(山西省婦女會理事長、國民大會代表閻慧卿)、梁化之(代省長)與某特務長，囑他們自殺。^[30]
24日晨5時半，太原前線解放軍炮兵火力集中猛轟太原城垣，第十八兵團及第七軍主力、第十九兵團、第二十兵團分別從東、南、北三面攻城，一小時后即突破城防，進入巷戰(zhàn)，太原守軍土崩瓦解，至上午10時，戰(zhàn)斗結束，全殲守敵。孫楚、王靖國、太原綏靖公署總顧問巖田(日人)等被俘，梁化之、閻慧卿等自殺。部分頑固不化的軍政人員集體自焚。第十總隊司令、閻錫山留用的日本軍官今村被俘后也服毒自殺。最后攻克太原一役，解放軍殲敵七萬余人。
閻錫山后來以“太原五百完人”鼓吹他們的忠烈，并屢屢喜作道德說教。但他自己卻屢敗屢逃，在臺灣安度余生，無法自圓其說，只能厚顏強辯而已。