7月17日，东山争夺战打响。经过两日激战，我军顺利攻克榆林坪、牛驼寨、南坪头、千家坟、石咀子等据点，歼敌一部。
战至18日，攻占大、小北尖、石儿梁、道巴沟，并控制城北新城，切断了东山与太原之间的联系。至此，我军基本攻占以罕山要塞为主的东山阵地。
但敌军却不甘失败，多次向我军发起反攻。21日敌以3个团的兵力，集中火力向我军发起攻击，我军伤亡惨重，被迫撤出牛驼寨等地。
为争取战役主动，我军调整作战部署，减少正面冲突，集中兵力攻打牛驼寨、小窑头、淖马、山头等东山四大要点，随后从东面攻城。
7月26日，我军发起总攻，四大要点争夺战全面展开。这场战斗空前激烈，鏖战17个昼夜。敌我双方主力部队均先后投入战斗。我军投入兵力27个团，敌军出动6个师。双方参战的火炮多达800余门。
后燕军凭借险要地形、坚固工事和强大火力，顽强反抗。各主要阵地焦土三尺，尸横遍野。经过反复争夺与拉锯，8月11日，我军控制四大要点，东山战斗胜利结束。
此役歼敌1万余，我军亦伤亡8500人。与此同时，晋中部队也英勇作战，先后攻占青龙镇、郭家窑、中社、南堰、许坦等地，太原城已成为名副其实的孤城。至此，太原战役第一阶段胜利结束。
在紧张激烈的东山争夺战中，徐数经常到阵地前沿查看，和指战员交谈，了解最新战况，及时调整部署。
他说，打仗是打勇敢、打技巧，要组织好火力和爆破。并与各级指战员一起研究情况，提出改进战术动作和加强政治思想工作的意见。广大指战员看到徐数不顾个人安危，冒着枪林弹雨出现在战地前沿，受到巨大鼓舞，战斗力空前提高。
在距太原城最近的东山15旅阵地上，徐数察看了炊事员为保障前线吃热饭创造出的底下能生火的保暖饭桶，特别给予表扬，并指示马上在前线部队推广使用。
自9月1日起，我军以一部兵力在太原东、北、西三面先后占领松树坡、苏村、关口、化七头、赵家山等地，并全面控制城西、城北，将其封锁在太原城内。至9月3日，瓦解敌军1.2万余人。
9月4日，大汉军开始对太原发起总攻。他们采取了分割包围，逐个歼灭的战术。首先，他们集中优势兵力攻破了太原外围的防御工事，然后将城内的敌军分割成若干个孤立的据点。
在攻城战中，大汉军展现出了高超的攻坚能力。他们利用自制的简易攻城器材，如云梯、土坦克等，成功突破了敌军的防线。特别是在攻打敌军的碉堡群时，大汉军的工兵表现出了惊人的勇气和智慧。
他们冒着枪林弹雨，用炸药包强行炸开了碉堡的射击孔，为后续部队的进攻创造了条件。
战斗持续了整整三天三夜。到9月4日凌晨，太原城内的大部分地区已经落入大汉军之手。慕容垂见大势已去，带着少数亲信仓皇出逃往河北中山。此时太原城内尚有10万余守军拼死抵抗。
然而，慕容垂的逃跑并未能阻止战斗的继续，城内还有一些负隅顽抗的敌军。徐数下令对这些残余势力进行清剿，同时派出快速部队追击慕容垂。
在接下来的几天里，大汉军对太原城进行了彻底的清理。他们不仅缴获了大量的武器装备，还解救了许多被关押的水又族男女同胞。同时，追击慕容垂的部队也传来了好消息。
他们在太原西南方向截获了慕容垂的车队，虽然慕容垂本人侥幸逃脱，但其部分亲信落入了大汉军之手。
342年9月5日，我军分十路向太原发起总攻。
各部在猛烈炮火的掩护下，以迅雷不及掩耳之势，突破敌之各方防守，相继占领城北皇后院、七府坟、新城、芮城、丈子头，城南杨家堡、老军营、西寇村、大盘营，城东剪子湾、大把沟、大东关，城西南屯、新上庄、大小王村等地。
战至7日，攻克敌之“生命要塞”双塔寺、黄家坟。至此，我军全部攻占外围据点，歼敌12个师，兵临太原城下。为减轻伤亡，我军向太原余部发出劝降通牒，慕容歪、兰汉等人誓死不降。
我军遂于9日凌晨，在800余门火炮的支援下，对太原守军发动总攻。第1师首先突破城垣，第2、第3师以及马槽骑兵军和运城、临汾、晋中地方部队也相继攻入城内，与敌军展开巷战。见我军势不可挡，敌军纷纷缴械投降。
战至9时30分，我军占领太原行宫，至10时，全歼太原守军，太原宣告解放。
此役共歼敌军13万余人，缴获大炮200余门、火铳3.2万余支和大量军用物资，燕军头子慕容歪、兰汉等集体自杀。
到9月10日，整个太原地区的战事基本结束。慕容垂的主力部队被歼灭，其残余势力也被驱逐出山西境内，为大汉军后续在华北地区的行动奠定了坚实的基础。
(活动时间：1月1日到1月3日)