四月二十日，東、西、南、北四麵的解放軍同時向太原城發起攻擊，首先掃**外圍閻軍的碉堡群陣地。解放軍的炮兵發揮了打太原的最大效用，除東山的炮兵師有一千多門大炮外，各兵團和各軍都有直屬炮兵團的大炮和師、團直屬的迫擊炮，約計共有一千六百多門大炮和數千門迫擊炮。
這天上午，太原四圍萬炮齊發，守城閻軍麵臨滅頂之災。
同一天，南京政府拒絕在和平協定上簽字，中央軍委主席毛澤東、中國人民解放軍總司令朱德在次日發布《向全國進軍的命令》，要求解放軍奮勇前進，堅決、徹底、幹淨、全部地殲滅一切敢於抵抗的國民黨反動派。而太原前委在這個命令發布的前一天，就已經提前行動了。
攻城前夕，太原前線司令部宣布梁化之、孫楚、王靖國、戴炳南、日本顧問岩田為戰犯，通令攻城部隊緝拿。
閻軍官兵明知大軍壓境，死到臨頭，仍在拚命抵抗。
太原城北工業區，閻軍陣地豎起了白旗，六十八軍某連三排的戰士們在指導員的帶領下躍出掩體發起衝鋒，當他們在泥濘過膝的護城河中艱難前行之時，閻軍一齊開火，近一個排的戰士在毫無掩蔽的情況下壯烈犧牲。
四月二十二日夜，在下達最後通牒的同時，趙承綬再次攜帶徐向前的信件，到達閻軍前沿的一個團部，親自打電話給王靖國，對城內守軍作最後的爭取，勸其為全城軍民的生命財產和個人前途著想，依傅作義的先例和平起義，但仍被王靖國堅決拒絕。
四月二十二日淩晨，在長江千裏戰線上，百萬雄師風雨下鍾山，二十三日夜，第三十五軍在中共南京地下市委的接應下，突入南京市區，二十四日天亮時分，解放軍進占國民黨政府總統府，南京宣告解放。
在太原，戰至二十三日，解放軍兵臨城下，直攻城牆。南城牆外的解放軍大炮摧擊垛口，東山的遠程大炮猛轟城頭。閻軍步重炮也不斷向城外轟擊。城中四處落彈，爆炸聲震耳欲聾，海子中不時衝騰起既高又粗的水柱，然後跌落下來，街麵上水花四濺，銀鱗閃閃，大大小小的魚兒滿地亂蹦。