梯队负责巩固突破口和照顾伤员。冲击发起后，第一梯队的一个排最先冲进了东城墙上的缺口。
排长带着士兵们钻进缺口时，城墙内侧的护墙后面突然冒出了日军的一个反冲击小组。
几个日本兵端着刺刀从护墙后面冲了出来，与冲进缺口的士兵撞在一起，在狭窄的缺口里打了一场近身格斗。
士兵们用冲锋枪和刺刀把日军打了回去，排长在格斗中负了伤，左臂被刺刀划开了一道口子，但他没有退下来，继续带着人向城墙内侧突击前进。
南面的进攻同样激烈。第18军的另一个团在炮火准备后在城南的缺口处发起了冲击。日军在缺口后方设置了一个由沙袋和木箱垒成的街垒，架着一挺九二式重机枪，正好封锁着缺口。
冲在最前面的战士们猝不及防被扫倒了三人，后面的士兵退了回去，躲在城墙外侧的弹坑里。
连长在弹坑里观察了一下日军街垒的位置，命令机枪组压制街垒的火力，同时命令两个战斗组从缺口两侧的城墙断面上爬进去，绕过街垒从侧面打。
两个战斗组沿着城墙的断面攀爬了将近十分钟，在烟雾和尘土的掩护下摸到了街垒侧面的民房后面。两颗手榴弹扔过去，街垒的机枪顿时被炸上了天。后面的部队趁机涌进缺口，突破了城南的防线。
西面和北面的晋绥军进攻相对缓慢。晋绥军的装备不如第18军精良，缺少重炮支援，主要依靠山炮和迫击炮配合步兵进攻。但傅作义的部队在近战方面相当凶悍。
第35军的士兵们多数来自绥远和山西的山区，他们虽然个头不大，但动作相当灵活，他们用集束手榴弹和爆破筒对付城墙上的火力点，一个又一个地拔掉了城西和城北的日军碉堡。
日军在城内的抵抗持续了三天。巷战集中在太原城的东西两条主街和城中心的府衙区域。
日军利用城内的砖木结构建筑逐屋抵抗，在大街小巷里设置了许多暗火力点和狙击手。
第18军和晋绥军的部队在城内逐屋推进，一边打一边用粉笔在墙上做标记，标明哪些建筑已经清理完毕。
有的院子反复争夺了两三次，打到最后只能用迫击炮把房子炸平。
10月1日夜间，日军第1军司令官率残部约两千人从北门突围。突围部队在城北的缺口处遇到了晋绥军第35军的阻击。
傅作义在北门外布置了两
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