从吕梁山到汾河西岸的直线距离超过一百公里，山路绕行将近一百五十公里，六路纵队只用了三天时间就全部到位。
第35军的骑兵团率先突破日军防线，在汾河河谷与东线胡琏的第18军先头部队建立了联系。
到9月25日，东西两线部队已经完成了对太原的合围。太原城内外的日军被压缩在城区和近郊的防御工事里。
第18军控制着太原以东和以南的方向，傅作义的第35军控制了太原以西和以北的方向。太原城已经被彻底包围，日军的侦察兵在白天已经无法出城侦察。
被围在太原城内的日军，番号是第1军司令部、第36师团残部、第37师团的一个联队，以及一些后勤和直属部队，总兵力约八千人。
城内的油料储备在围城之前就已经见底，仅剩的几辆坦克因为没油无法出动，被分散部署在城墙附近作为固定火力点使用。
弹药储备也不足，尤其是炮弹，城内的炮兵联队平均每门炮只剩下不到半个基数的炮弹。
9月28日，太原总攻打响。
第18军的重炮群和晋绥军的山炮群同时对太原城墙和城内目标进行轰击。
第18军炮兵旅的三个炮兵团在太原城东面和南面展开，晋绥军的山炮群在城西面和北面展开。
炮火准备持续了整整一天，从清晨一直打到黄昏。炮击的重点是城墙上的火力点和城内的日军指挥部。
密集的炮火将城墙炸开了多个缺口，东城墙炸出了两个大洞，南城墙炸出了一个更大的缺口，城砖和夯土在爆炸中不断崩落，扬起的尘土被风卷着飘进城里。
城内的日军军营和指挥所被炮火反复覆盖，第1军司令部的建筑物在炮击开始后的第三个小时就被直接命中，半边楼塌了下来。
日军在城墙上组织了顽强的抵抗。炮火一停，城墙上的日军机枪手就从残存的垛口后面探出来向城外射击，但这种还击力度并不是很强。
第18军的步兵在炮火掩护下推进到了城墙脚下，工兵用爆破筒和炸药包在城墙缺口处继续扩大突破口。
日军从城墙内侧的护墙后面扔手榴弹，爆炸声在城墙脚下此起彼伏。
东面的进攻由第18军的一个主力团担任。这个团是从娘子关一路打过来的，士气正盛。团
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