1948年10月，徐向前指揮華北野戰軍第一兵團、西北野戰軍第七縱隊和晉中軍區3個獨立旅、陝甘寧警備旅共17個旅約10萬餘人發起瞭解放太原的戰役。
徐向前
太原是閻錫山的統治中心，閻錫山為了負隅頑抗，在北起黃寨、周家山，南達武宿、小店，西至石千峰，東到罕山的百里防線內，修築了各種類型的水泥碉5000多個。城東北之臥虎山、城東南之雙塔寺等要點，築有以碉堡群為骨幹的永久性工事，成為閻錫山固守太原的主要屏障。守備太原的閻錫山總兵力有13萬之眾，並配屬了600門火炮。在敵我兵力相當的情況下，人民解放軍制定了“圍困、瓦解、攻擊，逐步削弱，然後一舉攻下太原”的作戰方針。
彭德懷在太原前線
太原戰役原定10月18日發起，但在10月2日，閻錫山為了搶劫糧食作戰鬥儲備，並藉此破壞解放軍的戰役準備工作，派出7個師的兵力出城南犯。為了在運動中乘機消滅閻軍的有生力量，徐向前決定提前於5日發起太原戰役。至12日，將出城南犯之閻軍消滅了大部，解放軍佔領了東山要點石嘴子陣地和武宿飛機場。
彭德懷在太原前線
奪取太原東山是攻克太原的關鍵，從10月25日起，太原前線我軍發起了東山戰鬥，敵我雙方的主力部隊先後投入戰鬥，參戰的各種火炮達800餘門。閻軍憑藉險要地形、堅固工事和強大火力，與解放軍頑強反抗，寸土必爭。各主要陣地焦土三尺，屍橫遍野，至11月2日，解放軍完全佔領了東山，控制了攻城的有利地形。
太原戰役中搶救傷員
東山戰鬥結束後，為配合即將發起的平津戰役，中央軍委指示徐向前暫停攻擊太原，部隊圍城休整，開展政治攻勢。
1949年2月底3月初，中國人民解放軍統一序列，華北野戰軍第一、二、三兵團改為中國人民解放軍第十八、十九、二十兵團。根據中央軍委指示，三大兵團會師太原前線，第四野戰軍炮兵第一師也從東北入關前來太原前線助戰。3月28日，彭德懷由中共中央駐地西柏坡返西北戰場途經太原時，徐向前因病無法到前沿陣地指揮作戰，經請示中共中央和中央軍委批准，留彭德懷參與指揮攻打太原。3月29日，閻錫山逃往南京，太原守敵人心惶惶，人民解放軍總攻太原的時機已經成熟。
三軍會師攻太原
4月19日晚，總攻太原的戰鬥打響，經3日激戰，解放軍將城周外圍據點全部掃清。24日晨5時，解放軍1300門大炮從四面八方向閻軍城內主陣地猛烈轟擊，給閻軍以致命的摧毀。3個兵團的主力部隊從南、北、東三面相繼登城，突入城內，與閻軍展開激烈巷戰。至10時，攻城戰鬥結束，閻軍全部被殲。閻錫山的綏靖公署副主任兼第十五兵團司令官孫楚、太原城防司令兼第十兵團司令官王靖國以及日本顧問巖田等40餘名師以上軍官被俘，特務頭子梁化之、徐端在太原城破前畏罪自殺。
孫楚、王靖國等被俘
太原戰役歷時6個多月，共殲敵13.5萬餘人。太原解放後，中共中央致電徐向前等：“此次我太原前線人民解放軍奉命攻城，迅速解決，閻匪雖逃，群兇就縛，大同敵軍亦即投誠。從此，山西全境肅清，華北臻於鞏固。”
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