个团的兵力，以逸待劳，将日军突围部队死死堵在城门附近。
日军连续冲了三次都被打退，尸体在城门口堆成了一座小山。第1军司令官见突围无望，在城门附近的城墙上开枪自杀。残余日军在城破后继续抵抗了将近半天，到10月3日清晨，太原全城被彻底收复。
太原城内的巷战中，第18军的一个营长在战斗中阵亡了。他带着部队向城中心的日军指挥部推进时，被一个隐藏在民房二楼的日军狙击手击中了头部。
副营长接过指挥权，立刻指挥迫击炮轰掉了狙击手所在的民房。后来清点战场时，那个狙击手的尸体被从废墟中挖了出来，身边放着两个已经打空的弹药箱。
到10月中旬，山西大部已被收复。大同和阳泉的日军残部在失去了太原的后勤支撑后相继撤离，向张家口方向收缩。至此，苏杭控制的华北行营辖区与阎锡山的晋绥军控制区连成了一片。