西黄水、青龙镇、周家山既设阵地线上，竭力加固工事，尤其对南北铁路正面及周家山方面，更应坚固编成之。
（2） 如因北面作战影响，敌由黄寨镇方面向南进攻时，拟定作战要领如左（下）：
① 本阵地以持久防御之目的，在（于）阻绝敌之前进，逐渐消灭其力量，以待后续兵团之到达。
② 主战斗正面，东由小岗头，西至周家山，长约15公里，须以步兵2万、山炮兵2团、野炮兵1营、骑兵4连守备之。
③ 兵力部署，以主力配备铁道正面，以强有力之一部配置于周家山，以预备队分置于青龙镇、周家山后方地区。
④ 敌情判断——敌将以主力沿公路南攻，以强有力之一部攻周家山，以协助其主力之攻击。
⑤ 指导要领
甲，此阵地以持久战为主，为达成持久战之任务，各地区队应相机逆袭敌人，以消耗其兵力。
乙，后续兵团到达后，就应由思西村（周家山西北）地区出击，以期在黄寨附近地区包围敌军而击破之。
丙，在会沟至青龙镇东北地区，构成浓密之火网。
（3） 如因东路军作战影响，敌人由正太路方面沿铁路进攻太原时，拟定作战要领如左：
① 在殷家堡、黄陵村、北营、东西砖井之线，右翼依靠汾河，左翼依靠山地，竭力阻绝敌之前进，以待后续兵团到达而夹击之。
② 主战斗正面由殷家堡至赵家坡，长约16公里，须以步兵二万五千、山炮一团、野炮兵二营、骑兵二连守备之。
③ 兵力部署，以主力配备于铁道正面，以强有力之一部配备于赵家坡、河口村附近，以预备队分置于许坛村、五龙沟附近地区。
④ 敌情判断——敌将以主力向河口附近进攻，以有力之一部沿铁道进攻，以协助其主力之攻击。
⑤ 指导要领
甲，此阵地以持久战为主，为达成持久战之任务，各地区队应相机袭击敌人，以消耗其兵力。
乙，俟汤兵团大部到达子洪口附近时，主力应由砖井村附近出击，包围敌军而聚歼之。
（4） 为巩固北正面计，在风阁梁、欢咀村、郭家窑、陈家窑、拦岗村、岗北村构筑内部防御线，以期达到持久战之目的。
（5） 将太原城编成复廓要塞，以资作最后之战斗。
（6） 敌如由正太及黄寨两面同时进攻时，应在主战斗线东西以配备少数部队掩护侧背，其战斗计划临时再按情况拟定之。
3 战斗前敌我态势（略）
4 兵团部署
（1） 着第35军（第211旅、第218旅），独立第1旅，第213旅，新编第3、第8、第9各团，第73师之一旅，及炮23团刘团长（倚衡）指挥之炮21团、炮22团（欠第2营营部及第3、6连）、炮25团第1营、炮垒大队，并由忻口开拔中之第71师，独立第7、第8旅等部，统归傅总司令（作义）指挥，布置太原城防。
（2） 以黄副司令长官指挥之各部，在北营、赵家坡、张河村、刘家河及孟家井、上庄一带占领既设阵地；以卫总司令（立煌）指挥之各部队，在菜水坞、青龙镇、天门关一带占领既设阵地，统归卫总司令指挥，在太原附近准备依城野战。
（3） 以达到黎城东阳关之汤恩伯军向榆次附近推进，俟敌攻太原时，在太原附近部队夹击而歼灭之。
（4） 太原近郊并城周重要工事，由新编第6旅、独立第1旅之步兵一部及骑兵连担任警戒。
3日，阎锡山任命卫立煌为第二战区前敌总司令。除第6集团军和第18集团军外，战区部队全归卫指挥。
为作战指挥便利，阎锡山将第二战区各部队的隶属关系作了如下调整：
“1 第3军编入第2集团军；
“2 第27路（第14军团）、第15军、第17军、第94师编入第14集团军；
“3 第22集团军所属仍旧；
“4 新编第2师编入第18集团军；
“5 晋绥军留太原之部队编入第7集团军；
“6 其余晋军编入第6集团军；
“7 骑兵军为一个单位；
“8 炮兵除配属各部队者外，均归炮兵副司令刘振蘅统一指挥。”
4日下午，阎锡山在太原召开军事会议，卫立煌、黄绍？、孙连仲等参加。阎锡山计划以忻口方面退下来的部队据守太原北郊既设工事，并派一部守汾河西岸高山的工事；以娘子关撤退的孙连仲部据守太原以东的高山既设工事；以傅作义部死守太原城，并任命傅作义为太原守备司令。第二战区长官部指挥所移驻交城。
黄绍？在会上提出不同意见。他认为忻口和娘子关两方面的部队正在败退，恐怕在还没有占领阵地的时候就被敌人压迫到太原城边来。原有的国防工事并不可靠，万一那些部队站不住脚，被敌人压迫下来，前方、后方许多人马都混杂在像锅底的太原城区，其后果不堪设想。黄还认为，太原城固然不宜轻易放弃，但也不应以野战来支持守城，而应以守城来支持野战部队的休息整顿。即使守城部队都作了牺牲，以换取大多数野战部队休息整顿的时间，也是值得的。他主张将娘子关方面的部队（能掌握的只有孙连仲部和一些续到的川军）撤至寿阳县铁路以南和榆次县以东的山地收容整理，并与第18集团军联络，从敌人侧后予以袭击；日军如向南进攻，则沿同蒲路东侧山地逐步撤向太谷、平遥。忻口方面的部队，除派一小部守北郊既设工事警戒外（必要时撤到汾河以西），其余皆撤到汾河以西的高山地区整顿，并监视敌人，必要时侧击敌军。这样布置，从忻口、娘子关撤退下来的部队既可休整，也可牵制敌人攻击太原城，太原城内部队也可支援城外部队。
卫立煌和孙连仲赞同黄绍？的意见。但阎锡山说，军队已经行动，无法改变。会议后，阎锡山即离开太原赴交城。
6日，卫立煌下达了暂避决战、固守太原、主力南撤、待机回歼日军的作战计划。其主要内容如下：
1 为暂避与敌决战，以一部固守太原城，主力即向太谷、交城之线整顿补充，待机回歼深入晋中之敌。
2 各部队行动：
（1） 北路军
① 右兵团：第15军、第17军仍占领东城角村、吴家堡以东沿河之线，掩护主力通过后，再沿公路向交城以南转进。
② 中央兵团：经古交镇向交城以北地区转移。
③ 左兵团：除以第68师（即独立第8旅）、第71师、独立第7旅，由第71师郭宗汾师长区处，逐次进入太原城归傅总司令指挥外，其余部队即向交城转移，并在交城以东占领阵地，对东警戒。
④ 炮兵团：即赴交城外，其余晋绥军炮兵，仍按原序列行动之。
⑤ 总预备队：按第85师、独立第5旅、第177师之第529旅顺序，由第85师师长陈铁指挥，立即向交城以西地区转进。
（2） 东路军
① 第2集团军除以第27师在小店镇附近掩护北路军主力向西南转移后与第15军同时撤退外，其余即沿徐沟向太谷转移。
② 第27路军（即第14军团）附第19军，即由傅总司令核定入太原守备，由现地折东北方向，伺隙绕向太谷、交城间转移，与第2集团军联络。
③ 第22集团军，俟取得联络后，另行规定。
这个作战计划的下达，实际上改变了阎锡山“依城野战”的作战方针，而使守卫太原城的部队成为孤军独战，极大地增加了守城的困难。
日军“华北方面军”于11月3日命令第5师团归第1军司令官统一指挥攻占太原。4日，第1军司令官香月清司命令第5师团继续攻占太原，并以一部向汾阳附近追击；命令第20师团在昔阳支队占领榆次后，以一部全力攻占榆次西北地区，师团主力进到榆次后向介休追击；命令第109师团循昔阳支队前进路线向榆次前进。
（二） 作 战 经 过
第7集团军总司令傅作义兼任太原守备司令，指挥第35军的第211旅、第218旅、独立第1旅、第213旅、新编第3团、第8团、第9团、炮兵第23团并附炮兵第21团、炮兵第22团（欠第2营及第3、第6两连）、炮兵第25团第1营、炮垒大队（统由炮22团团长刘倚衡指挥）。由忻口后撤的第71师，独立第7旅、第8旅也拨归傅作义指挥，担任防守太原的任务。当即部署城防为三道防线。第一道在城外，属前进阵地性质，利用既设永久和半永久工事坚决固守；第二道以防守城墙为主，利用永久工事，筑成复廓阵地并注意侧方火力点，编成火网，使无死角为敌利用，要求歼敌于城外；第三道防线为市区内各要点，能形成的复廓的，加筑外壕，形成无数的纵横交错的阵地，相互联系、支援，以阻止、歼灭侵入市区之敌。傅作义原早已内定为太原城防指挥官，故城防计划多采用其意见，并由其监督实施。只是由于战况发展迅速，不少工事尚未完工；且原定防守太原的部队大都增援晋北，忻口地区放弃后，在日军追击下仓促各就部署。兵力既已残缺不整，部署亦未完全就绪。
以第35军为主的太原守城部队先后于11月4日、5日进入城内。傅作义下令封闭城门、构筑与加强城防工事，并部署了守城兵力：以第35军第211、218旅和正太护路军1个团守备东、北两面城墙，以独立第1旅守备西城，以第213旅守备南城，将炮兵大部分配给守城各旅，将未分配守城任务的部队编为预备队；并以第35军副军长曾延毅为太原城戒严司令，负责维持城内秩序。
进攻太原的日军，这时从东、北两个方向紧追撤退的中国军队。东线日军先头部队于11月4日已进至太原城东南约17公里的鸣谦镇，并占领了榆次，一部向介休方向追击。北线日军也于4日越过石岭关向南追击。5日，东、北两线追击的日军已逼近太原城郊，并开始对太原守军发动进攻。在北郊派出的守军警戒部队迅速退入城内。日军第5师团所部当即占领了城东北的厚堂村、黄国梁坟和兵工厂。从城南郊攻击的日军第20师团所部在鸣李村附近与正在奉令北上的中国第22集团军第41军后续部队遭遇，发生战斗。尔后日军攻占了小店镇，与位于吴家堡一带的守军第14集团军所部隔汾河对战。日军第20师团并以一部兵力由榆次经同蒲路南进追击撤退的中国军队。此时，由忻口前线撤退下来的划归守城部队的第71师和独立第7、第8旅到达彭村、西充地区，并准备入城。因日军攻击甚烈，通路被阻，仅独立第8旅的1个营渡过汾河进入城内，其余均沿汾河西岸南撤。
7日晨，由晋东西进的日军第109师团第31旅团的先头部队进至太原城南约15公里的小店镇，一部进抵双塔寺，与城东的第20师团会合。此刻城西汾河各桥均被敌占领，太原城遂完全陷于被包围状态。同时，东、北两面敌以步、炮联合向城垣猛扑，日机不断向城内轰炸。守军城外部队受日军压迫，战斗至黄昏后撤入城内据守。城垣炮垒队的炮位多被日军炮火制压或轰毁。20时，日军炮击更烈，市民四逃，警察、守仓库士兵以及通信机关人员多放弃职守，逃散一空。电话随修随断，消息梗阻。形势至为险恶。傅作义巡视各地，一面鼓励士气，一面策划方略，人心始稍稳定。惟守军伤亡很大，此时所剩兵力仅第35军7个营、新编第3团4个连，战斗官兵共计2000余人。
8日晨，担任攻城的日军第5师团将步、炮全集太原城下，在东、北两面猛烈攻击。日机13架轮流轰炸，北城楼被焚，城内东部和北部到处起火，电话逐段被毁，火焰弥漫全城。至9时，城垣东北角及西北角被炮火轰毁，东、北两面城墙亦被轰开缺口十余处，城墙各掩蔽部及弹药洞多被轰塌。日军步兵在其飞机、大炮掩护下向城内猛冲。在城墙下埋伏的炮垒队亦被击散。预定歼敌计划概失效用。但守军东、北两城步兵奋勇截击，誓死不退，一面与入城日军拼杀，一面封锁城墙各口。双方伤亡殊重。至16时，城墙各口均被守军封锁，仅东北城角一处，千余日军入城，与守军激烈巷战。黄昏后，日军又向城内增加大量步兵，利用夜色隐蔽，夹杂混战，处处突袭。守军官兵伤亡甚多，西、南两处部队及预备队被日军击散。19时，日军攻至总司令部。此时因守军兵力不敷分配，除总司令部官佐及特务连勉力抵抗外，别无部队可资应援。傅作义感到局势无法挽回，乃于21时下令撤退。守城各部队由大南门突围，经汾河桥冲至汾河西岸，向古交镇方面撤退。太原城沦陷。
正当日军第5师团向太原城攻击之际，由晋东向西进的日军第20师团在攻占太原以南榆次后，即沿同蒲路南下，于11月8日在太谷与第13军的1个营发生战斗；日军第5师团于8日夜攻占太原后，即以一部进出交城以北地区。
8日，第13军汤恩伯部第89师第265旅第529团守备太谷的某营被日军攻陷。当日，日军一部从太谷南进，与第529团对峙，其主力沿同蒲路南下。9日，日军先头部队越过祁县。同时，从太原南进的日军攻占交城。
其时，北路军及东路军之一部均集结于汾阳附近地区，其余部队均已取得联络。卫立煌乃于9日20时在汾阳下达命令，令所属各部队在平遥、汾阳之线以南附近地区集结，准备尔后的作战。规定各兵团的行动及任务为：
1 第13军，应以一部确实占领子洪镇，主力速进至子洪镇以南附近集结，并截击沿同蒲路南下敌军之侧背；
2 第2集团军，应即赴灵石以南仁义镇集结，其主力限于11日以前到达。
3 第17军（欠第21师）附第177师之第529旅，应于明日暮前接任汾阳及其附近警戒事宜，尔后如受敌压迫，不得已时向吴城镇南北山地转移，发动游击战，充分袭扰敌侧。
4 第14集团军附第94师，应于明日晚，由现地经汾阳、兑