上海的陷落并没有影响谢昌云执行预定部署。
在山西方面，太原以北和以东两个方向上担任逐次防御的第二战区部队，在完成了滞敌任务之后，于十一月十七日下午放弃了距太原二十至三十公里不等的最后阵地，全部转移至了周边地区充当战役屏卫，只有三十八军十七师一部和教导团共五千余人，按谢昌云的命令在十七师师长赵寿山带领下进入太原，以加强太原的防卫力量。六十六军一个炮兵观测组和一个联络组，穿着三十八军的军装也同时进驻城内。
受上海派遣军胜利的刺激，山西日军在获悉中国军队防御线全线溃退之后，稍作休整便连夜挺进，十一月十八日中午，日军东、北两路两万余人会师于太原城东北五公里处。
狂妄的日军迅速在太原外围布置了少量的警戒部队后，于当天下午就迫不及待的在飞机大炮的配合下，开始对太原北门外城关的中国军队阵地发动了试探性进攻。
日军这次试探性进攻投入的地面兵力只有一个大队和三辆战车，在连续两次攻击失利、损失了一辆战车和八十余人之后，便很快退回到了两公里之外，针对中国守军的布防情况制定了正式的攻城计划。
十九日早上七点，日军的百余门大炮突然向太原北面和东面的两处城墙以及城关开始了猛烈炮击，密集的炮弹爆炸声震耳欲聋，整个城墙上下内外都笼罩在了烟雾之中，城墙上多个掩体被摧毁，城内的多处房屋也被远弹击中，有的还燃起了熊熊大火，城关阵地上的守军伤亡惨重，在城墙上担任警戒的官兵也在突至而来的炮火下损失了近百人。
更主要的是，里面是夯土，外面是用烧砖或条石砌起来的城墙，在日军炮火轰击之下多处开始出现坍塌，其中北侧最严重一处已经被打开了一个七八米宽的豁口。
三十分钟的炮击刚一停止，日军就各以一个大队和十余辆战车，从东、北两面同时发动了进攻，而城内的炮火已经城墙上和城外阵地的各类武器，也开始向进攻日军展开了猛烈的射击。
经过四十多分钟的激战，日军的进攻终于被打退了。
但这只是恶战的开始。守城部队还没来得及完成对城墙豁口的封堵，十余架日军轰炸机和战斗机就飞临到了太原城上空，在盘旋两圈之后，便按目测和地面指示的目标，对太原城内外展开了轮番的轰炸和扫射。
守军设置在城内的六门高射炮和十余挺高射机枪，也立刻对日军飞机进行了还击。
但由于对空火力太弱和平常训练不够，日军只有一架战斗机在俯冲扫射时受
了轻伤。
而轰炸却给守军造成了至少三四百人伤亡、两门高射炮、三挺高射机枪、四门野炮、一辆装甲车、十余挺轻重机枪被毁的重大损失。此外城墙多处受损，北面和东面又各有一处城墙发生了严重炸坍塌，徒手顺着塌下来的土石混合的陡峭斜坡都可以爬上城墙的豁口。
这样，含第一次垮塌的城墙，日军就在的面和北面共获得了三个可供突破城墙防线的攻击点。但由于城墙外围的阵地还在中国手中，使得日军步兵暂时无法对城墙进行直接进攻，而是集中兵力和火力意图首先清除中国军队的外围阵地。
近中午，日军在炮火和连续两个批次的飞机协助下，终于迫使城外防线的守军全部沿城墙撤离到了西面和南面，使得通向城墙坍塌出的道路洞开。
中午刚过，日军就向太原城墙发起了不停息的攻击。
守城的晋绥军一面用炮火封堵日军的后队，一面凭借城墙上的有利地形对沿着斜坡攀爬的日军拼命的射击。
攻城的日军都是训练有素的老兵，尤其是北面的第五师团第二十一旅团，堪称是日军精锐中的精锐，以几十人一个小队的梯次配置虽然投入兵力不大，但由于其士兵射击技术好、战术意识强，动作凶悍敏捷，面对居高临下、数倍于己的守军竟毫不吃亏。
而傅作义手下的晋绥军抗战以来经过几次大战，人员损失极大，士兵大多是后补充的没有作战经验的新兵，连排一级军官的也多是由士兵提拔起来不久，战斗力已大不如从前。
所以日军在利用掷弹筒、轻重机枪的精准射击给暴露出身体的守军以很大杀伤后，基本压制住了守军的近程防御火力，并很快的攻击到了城垛近前。
见日军破城在即，一个头上受了伤的晋绥军连长抓起了的一颗手榴弹扔了出去，接着又抓起了一颗手榴弹大喊道：“弟兄们，丢手榴弹，就像我这样！快！快丢！”
军官喊话间又是连续两颗手榴弹扔了出去，把刚爬到垛口的三个日本的给炸翻了。
多亏是城墙上手榴弹备的充足，守军士兵们躲在城垛后面，将手榴弹不管拉弦还是没拉弦的铺天盖地一般的朝豁口处扔，炸得正在向上攀爬的几十名日军躲都没处躲，不一会儿就伤亡殆尽，这才勉强保住了城墙不失，并把城下的日军逼退了几十米。
“弟兄们，少露头！等会儿只管听我命令就用手榴弹炸狗日的！”连长又把一箱子手榴弹搬到了身边，然后探出了戴着钢盔的半个头观察起城下的动静。
日军又继续攻击了几次，但都是只
爬到半坡，就被密密麻麻丢下来的手榴弹给炸了回去。
找到了这种有效的防御手段之后，就有更多的手榴弹被迅速的运送上了城墙。这些木柄手榴弹都是太原兵工厂自己生产的，太原城里有得是！
看着天色已渐暗，负责指挥整个攻城行动的日军指挥官、二十一旅团旅团长三浦敏事便下令停止了进攻。
一整天的战斗下来，日军死伤八百余人，而守军的伤亡则有一千三百余人。
对这个敌我伤亡比例，傅作义等晋绥军将领已经感到很满意了。但反过来，日军对这种伤亡却不堪承受。
三浦敏事等觉得太原现在已是一座孤城，占领它是早晚的事，也不必急于一时，于是决定未来两天暂时不再发动大规模的攻势，而是改用炮火继续对城墙的垮塌处进行轰击，一方面可以给守军施加心理压力，造成其可能的自乱，一方面也可待豁口的坡面扩展到足够宽度时，使用战车来打头阵并投入更多的兵力进行攻击。
所以，二十日一整天，除了日军偶尔发起的小规模进攻之外，更多的则是日军持续不断的隆隆炮击声，并没有出现傅作义等预料到激烈战况，甚至空中连敌机的影子都没见到。
但是，日军在城外的不断炮击，以及城内汉奸特务四处散布的太原城外的国军全都撤到了很远、傅总司令也计划当晚出城逃跑、日本军队明天将对太原城进行大轰炸等谣言，还是在城内造成了极大的混乱。
天刚黑，先是有零零散散的高级军官和家属来到了尚未出现严重敌情的南门，有的指挥手下去搬开封堵城门的土袋和砖块，有的则迫不及待的用绳索冒险坠城而下，然后越过城外的汾河桥很快跑得不见了踪影。
接着，就有更多的人涌向南门。不到两个小时，由上万人和大量汽车、骡马车、人力车、甚至还有两辆装甲车组成的洪流堵塞了几百米长的街道，竟把原来已快被打开的南门又重新堵了起来。
躲在暗处的汉奸借着混乱朝人群中开了几枪，然后就大喊“北门破了！日本兵打进太原城了！大家快逃命吧！”
枪声和喊声顿时让人群炸了窝，所有的人都一齐向前涌去，而惨剧也就随之发生了。之间成片成片倒地的人被踩踏在了后面人的脚下和被车轮碾压而过，哭喊声伴随着撕心裂肺的惨叫声震天动地，街道上不一会儿就血流成河。
而四处还有更多的人向南门聚集而来。
就在这时，暂时没有承担守城任务的三十八军的数千人出动了。他们在赵寿山指挥下，先是组成人墙堵住后面的
人流，并喊叫着劝说人们保持镇定赶紧疏散，可这些做法一点效果都没有起到，自己的人墙反而倒快支撑不住了。于是士兵们便发起了狠来，也顾不上面前是什么人了，用枪托砸、用枪口顶，用皮带抽，终于奋力的将人群分做了几段，并架上机枪将通往南门的路口全部封锁了起来，然后就开始将驱散那些聚集在街道上的人群。
等傅作义闻讯派出了自己的警卫部队赶到时，三十八军已经控制住了曾极度混乱的局面，主要街道上再没了拥挤不堪的人流，而是遍布着奇形怪状的军人、老百姓甚至还有孩童的尸体、被遗弃的车辆、物品、以及遍地的鲜血，其状惨不忍睹
听到南门守军报告了有大量官兵越城逃跑的情况，傅作义忙令各部连夜清点人数。
结果把傅作义吓了一大跳，自己手下的两个旅还好一些，只有两百余人不见了踪迹。而那些配属来的其他部队，竟有七八名团长以上级别的军官和四千余官兵无法找到下落。
不算奉长官部命令于封城之前进驻太原的三十八军，城内守军死伤和逃亡者已去了总数的两成，其中逃兵竟占了大半。
于是傅作义一面重新调整部署，将自己的亲信部队全部派往了城墙阵地，并令与晋绥军没有瓜葛、六亲不认的三十八军担任了全城的警备以及南门的防务任务；一面又将太原城的发生的情况电告了阎锡山，除了重申自己与太原共存亡的决心之外，还要求他扣押和严惩那些擅自逃离的军官。
阎锡山很快给傅作义回了电报，并没有提处罚逃跑军官一事，而是告诉傅作义，原来依城野战的计划并没改变，只要他能再坚守一天，战局必会有根本转变。
“依城野战？城还在，可是野战军在哪里呢？”不知有“扫地行动”的傅作义无奈的摇着头，把阎锡山的电报顺手扔在了一边。
这位阎长官，自抗战以来说话不算话的次数多了！
不过这次傅作义倒真是冤枉了阎锡山。
十二集团军的六十五军、独立三师，并加强一个步兵团、一个装甲旅、一个炮兵团，以及从二战区补充的一个汽车团，共计五万余人，已于当天上午全部抵达了预定集结地，并计划于当天夜间展开攻击部署。
第二天，“扫地计划”的核心环节——太原战役终于拉开了帷幕。
而率先打响这次战役的，竟是一只谁也没有料想到的奇兵——苏联援华航空自愿队。