11月5日拂晓，担任掩护南撤的各部在给敌以袭击迟滞后，也撤退完毕。这时，晋北仅有骑兵第1、第2两军在雁门关外及静乐间；八路军在五台山区，对敌进行袭扰。
是时，晋东方面各部也奉命向太原东南既设阵地转移。阎锡山电令第18集团军总司令朱德，“以主力牵制晋东方面之敌，并广为破坏交通，极力迟滞敌军西进，以一部协同骑兵赵承绶部，努力迟滞敌军南进，尔后进出东关口两北地区，威胁敌人，” 掩护太原守军之左侧。
在中国军队纷纷向太原转进之际，为了迅速攻略太原，日华北方面军于11月3日令第5师团由第1军统一指挥。4日，第1军令第5师团继续攻略太原，以一部向汾阳附近追击；令第20师团以一部攻占榆次西北地区，对太原东南方阵地监视，以主力进出榆次附近后，继续向介休附近追击，但令昔阳支队先进出榆次；第109师团（欠步兵第118旅团及骑兵大队）随昔阳支队之后向榆次前进。
太原已朝不保夕。11月4日，阎锡山调整第二战区各部之隶属关系，将各部队整理为8个单位：骑兵、炮兵各为一个单位，步兵6个集团。即第3军归第2集团军；第27路军、第15、第17军、第94师并归第14集团军；川军均归第22集团军；新编第2师并归第18集团军；晋绥军留守太原的部队全归第7集团军；其余归第6集团军。骑兵仍在雁门关外游击，炮兵除附属各部队外，均由炮兵副司令刘振衡统一指挥。阎锡山还委任卫立煌为第二战区前敌总司令，指挥除第18集团军及第6集团军外的各部队，委任傅作义兼太原守备司令。并决定省政府为统筹省政便利计，移驻临汾，第二战区司令长官行营，移至接近省城的地方指挥。
同日，阎锡山在绥靖公署会议厅再次召集军事会议，商讨太原防守事宜。与会的有黄绍竑、孙连仲、卫立煌、杨爱源、傅作义、王靖国等高级将领，山西省政府主席赵戴文、参谋长朱绶光、参谋处长楚溪春等。阎锡山首先讲了保卫太原的理由，又重申了他的依城野战计划：以忻口方面退下来的各部据守太原北郊的既设工事，并派一部守汾河西岸高山工事；以娘子关撤退的各部据守太原以东的高山既设阵地；以傅作义部死守太原城。
出乎阎锡山意料的是，他的依城野战方案，受到黄绍竑等人的反对。黄绍竑并非认为太原附近的既设国防工事不应固守，而是认为忻口和娘子关两方面的部队正在败退，恐怕在未占领阵地之时就被敌压迫到太原城边来。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太原城区的盆地里，其后果是不堪设想的。因此，不应该以野战来支持守城，而应以守城来支持野战部队的休整。即以守城部队坚守太原，娘子关方面部队撤至寿阳以南和榆次以东的山地收容整理，并与八路军联络。日军如直攻太原，则从敌侧后予以袭击。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阵地作守城的警戒部队外（必要时撤过汾河以西），其余皆撤过汾河，占领汾河以西的高山地区，监视敌人，进行整顿，必要时则侧击敌人。这样，东北两方面的撤退部队，既可休整又可牵制敌人攻击太原城，城内部队也可为城外部队的支援，相互策应。黄的上述意见，得到孙连仲、卫立煌的赞同，而晋绥军将领则对阎的计划不敢表示异议。阎锡山与黄绍竑各持己见，相持不下，会议开到深夜1点多钟仍无结果。最后阎锡山说：“军队已经行动了，要改变也无从改变了”。原来阎锡山在会前已给各部队总司令下达了命令。当夜，阎锡山率赵戴文等匆匆离开太原，沿晋西公路退往交城。
一、整军抗战（42）
阎锡山虽然最后敲定了固守太原的战略方针，但黄绍竑、卫立煌均不赞成，而且阎锡山临阵先退，更引起黄、卫二人的不满，加之，日军紧追不舍，立足不易，他们并未按阎锡山的计划行事。从晋北撤下来的中央军各部至太原时，均未进入既定的防守阵地，而是绕城南撤。晋东方面预定防守太原城东的部队，因日军已逼近太原，有的未能及时撤回，有的虽已撤回却无斗志，与敌一触即向南撤。实际上依城野战的部队，只有晋军王靖国、陈长捷部在北郊一线防守；郭宗汾第71师及独立第7、第8两个旅，在城西一带布防。
傅作义就是在这样的情况下，硬着头皮承担起守卫太原的重任的。但他并未因军情恶变而有所动摇，而是抱着誓与日寇血战到底的决心，部署城防。他将所辖1万余兵力（战斗员约6000余）部署在三道防线上，第一道在城外，第二道以城墙为屏障，第三道左翼在三桥街一带。另以第35军副军长曾延毅为*司令。其城防部署为：北城，第218旅董其武部；东城，第211旅孙兰峰部及第73师；南城，第213旅杨维垣部；西城，因背临汾河，仅以新编独立第1旅陈庆华部守备。炮兵分布在全城的各个炮兵阵地。城厢前进阵地：北关兵工厂由第218旅之第420团团长李思温带两个营防守；东北城外黄国梁坟地，由第211旅之第419团的张惠源营防守；东南城外郝庄、双塔寺阵地，由第211旅之韩春富营防守；南城、西城外，由担任城防的杨维垣、陈庆华两旅，分别在太原火车站和汾河东岸派出警戒部队；第35军的骑兵连，则在汾河西岸，担任游动巡逻。其余部队编为总预备队，由傅作义亲自掌握，以便随时支援第一线作战。
一切部署就绪，11月4日，傅作义集合部队作战前动员说：“我们奉阎长官的命令守太原城”，表示要与城共存亡。
当天下午，卫立煌从忻口撤到太原，会晤傅作义。鉴于当时形势，卫认为依城野战，已不可能，只剩太原孤军守城，徒耗实力，不会有什么好结果，建议傅改变计划，一同南下。傅作义虽同意卫的意见，但是，迫于情势，仍坚持据守太原，并表示：“守土抗战，军人有责。野战军在太原当然要守；野战军走了，太原还是要守。” 至于后果，则考虑不了那么多了。在送卫出城后，傅下令封城，准备与敌决战。
11月5日，日军以装甲车部队猛攻青龙镇，刚转进至阵地的第54师受敌机轰炸，立足未稳，即退至阳曲湾。日军尾随而至，霎时阳曲湾亦形混乱，各部队分向南、向西撤退。西线守军闻讯后也即向南撤走。晋东方面之敌已迫近太原东南车站、双塔寺、大营盘，对太原城形成南北合围之势。
这样，太原东、北、西三面依城野战的部队已无一兵一卒。阎锡山的依城野战作战计划便成了一纸空文，形成了傅作义孤守应战的局面。
日军迫近城郊后，从东、北、西三面包围了太原，完成了攻城部署：以主力第5师团及混成第15旅团占领太原城东北享堂村黄国梁坟园及城正北兵工厂，作为攻城准备阵地；以进抵城东的萱岛支队，击退少数中国守军后由东面攻城；第21旅团在萱岛支队之后向南攻击，并同城东南的第20师团取得联系。
11月6日拂晓，日军步兵开始向太原北关兵工厂和东北城外黄国梁坟园的城厢前进阵地进攻。敌炮兵则在飞机的指示下，以数十门榴弹炮、野炮，集中火力，向城东北角的城墙猛烈轰击，城墙上部，在硝烟弥漫、地动山摇的震撼中，逐渐被打开缺口（当晚修复）。守城炮兵也开炮还击，双方展开激烈的炮战。
一、整军抗战（43）
兵工厂阵地的守兵在李思温团长的指挥下，面对优势敌军的进攻，顽强抵抗，击退敌多次冲击，黄昏后奉命撤入城内。守黄国梁坟阵地的张惠源部，受敌压迫，被迫退回城墙主阵地。日军跟踪而至，向城垣猛攻，受到守军的阻击，先后退出战场，进行整顿。
当晚，日华北方面军第1军下达作战命令，令第5师团及指挥的北线部队为攻城的主攻部队；第20师团一部协同第5师团作战。命令还决定，8日对太原城发动总攻。
11月7日拂晓，北城外日军利用城厢建筑物作掩护，东门外日军利用丘陵复杂地形作掩蔽，同时向城墙秘密接近，准备实施强攻。同时，日军一部绕过东城，向火车站迂回；另一部则由汾河上游渡河，进出于城西的汾河西岸，对太原形成合围之势。日军主力步、炮、空协同作战，先以优势火力将城东北角炸开一个缺口，然后步兵在坦克、装甲车掩护下向缺口猛冲，蜂拥登城。守军第419团官兵奋力堵截，给敌以重大杀伤。日军继续向城内冲击。守军与敌展开肉搏，双方伤亡甚众，该团团长袁庆荣负伤。日军一股（约一个营）由豁口突入城内，一部分沿城墙向小北门城楼攻击，另一部分冲入城内，与守军发生巷战。在小东门防守的第422团一面对敌进行堵截，一面请示孙兰峰旅长，拟将旅预备队投入战斗，围歼入城之敌。该旅3个团各选一个连，组织奋勇队，对日军实施反击，经过血战，终将既失阵地收复。与此同时，城内守军经巷战终将突入城内之敌全歼。
入夜，敌炮击更烈，傅作义一面亲巡各城，鼓励士气，以迎击日军的再次进攻，一面急电蒋介石，报告战况。守城兵力本来就少，经两日战斗伤亡减员，有战斗力者仅剩2000余人。
11月8日晨，日军按原计划向太原城发动总攻。其步炮主力全集城下，敌机13架轮番轰炸，北城楼被焚，东、北两城到处起火，火焰弥漫全城。9时，城东北角及西北角，均被敌密集炮火轰陷，不久东、北两面城墙亦相继被轰开缺口10余处，城墙各掩蔽部及弹药洞多被轰塌。敌步兵在其飞机、大炮掩护下，向城内猛冲，在城墙埋伏的炮垒队亦被敌击散。守军奋勇截击，一面拼力阻击突入城之敌，一面封锁城墙各口，敌我伤亡惨重。激战至午，防守东北城角的第435团一个营伤亡过半。敌人从该阵地前面的城墙缺口蜂拥入城。董其武即率预备队驰援，在小东门、小北门之间的大教场、坝陵桥一带，与敌展开激烈的巷战，双方形成对峙状态。其他守军官兵也拼命抵抗，战至16时，始将城墙各口封锁，并经激烈巷战将入城之敌1000余歼灭大半。黄昏时，日军一部空降于城中大教场，扩张战果，19时攻至总司令部。随即敌又从城东北角突破口向城内增加大量步兵，并利用夜间隐蔽，夹杂混战，处处突袭，我官兵伤亡甚多，而且西、南两城部队及预备队亦为敌袭散。此时应战兵力已不敷分配，除总司令部军官佐及特务连勉力抵抗外，已别无兵力可资应援。至21时，日军愈进愈多。傅作义见局势已无法挽回，乃下令撤退。各部纷纷从大南门、新南门撤出城外。华北重镇——太原，于11月8日夜失陷。
阎锡山得知太原失守的消息，也并未感到突然，因他心里也明白，太原虽不能轻易放弃，但也不可能坚守，只是时间问题而已。此时，他又为守城人选的如意安排而欣慰，既未将守城重任委以亲信，也未让中央军负责，而是让傅作义担此重任。这样，他既可以以傅作义这位守城名将的威望压制日军的狂妄之气，又可以在太原失守之后向蒋介石交代，从而开脱自己的责任，可谓两全其美之策。
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二、“非常时”“非常策”（1）
扶 持 牺 盟 会
卢沟桥事变的次日晚，牺盟会即召开紧急会议。与会者一致认为：卢沟桥事件不是偶然的，也不是地方性事件，而是日本帝国主义有计划、有步骤向中国全面进攻的开始。牺牲已到了最后关头，应立即准备对日作战。
阎锡山作为牺盟会的挂名会长，对牺盟会的上述明确抗日主张，予以默认。在此之前，阎锡山尽管希望牺盟会“救国”，但是，又对抗日作出某些限制，不允许讲抗日，只是含糊其辞地讲抗敌。牺盟会欲将名称改为抗日救国会，他不同意。
7月下旬，刘少奇来到太原后，专门同阎的代表梁化之面谈了牺盟会的工作，指出牺盟会是共产党帮助建立而发展起来的，是为了抗日救亡，不存在谁挖谁的墙角的问题。 通过这次开诚布公的谈话，阎锡山对共产党的一些疑虑得到了缓和。从此，阎锡山对牺盟会的信任增加了，对牺盟会的支持比较多了。
首先，支持牺盟会自身建设。1937年9月27日至30日，牺盟会在太原国民师范礼堂召开了全省第一次代表大会，阎锡山因在岭口督战，特派梁化之与会转达他对大会的意见。大会选举了牺盟会执行委员会，阎锡山仍为会长，梁化之、薄一波、牛荫冠、宋劭文、冯基平、傅雨田、雷任民为常务委员，戎子和、张文昂、董天知、周子贞、顾永田、李力果、刘岱峰、张隽轩、张干丞、徐宏文、王永和、娄化蓬、郭挺一、杜春沂、薄右丞、智元生、刘玉衡等17人为执行委员。这次大会还修改、通过了牺盟会工作纲领：
（一）本会以坚决实行民族革命，争取中华民族的彻底解放为当前的主要任务；
（二）要挽救当前的民族危机，首先必须实行全面抗战，驱逐日本帝国主义出中国；
（三）没收日本帝国主义在华财产及汉奸的财产，充作抗战经费；
（四）为实现全民族的抗战，全国民众必须总动员，组织训练民众，并立即武装民众，组织民众的武装部队，在日寇占领的地带，进行游击战争；
（五）改善人民生活，彻底执行合理负担的累进税，减租减息，以巩固全民抗战的基础；
（六）裁撤不必要的机关及支薪不作事的公务员，减低公务员的薪水，以抵消抗战时期的经济消耗；
（七）实现爱国自由及人民*、结社、言论、出版之自由；
（八）与各党派各界各阶层密切地全作，将一切爱国的民众，不分性别、不分老幼、不分职业，团结在组织之内；
（九）改革政治机构，使它适应抗战需要；
（十）为了挽救目前的危局，以确保民族革命能够取得胜利，必须广泛地动员民众，参加抗日先锋队，开赴前线与日本帝国主义血战到底。
会后，牺盟会根据新工作纲领的要求和抗战