济南被攻克之后，吓坏了被围困于孤城太原的阎锡山，为了得到粮草和补充兵员，他下令太原守军抢粮抓丁。10月2日以7个师的兵力沿汾河以东、同蒲铁路(大同-风陵渡)以西向南出击。
10月3日，暂编第44、第45师和第72师一部进至小店镇、西南畔村等地;暂编第40、第49、第73师等部进至秋村、西温庄等地;第66、第69师集结红寺地区。徐向前决心抓住守军脱离防御阵地的有利战机，先在野战中歼其有生力量。
10月5日拂晓，第7纵队主力由清原东渡汾河，直插小店镇以北;第15纵队由太谷、榆次向西出击，直插武宿机场以北，与第7纵队成东西夹击之势，切断已进至小店镇和武宿机场国民党军通向太原的退路，并准备阻击太原守军南援;第8纵队、第13纵队迅速包围已进占小店镇、南黑窑等地的国民党军。
10月6日凌晨，歼灭暂编第44、第45师全部和第72师、暂编第49师各一部。随后各纵队继续扩张战果，攻占武宿机场及多处据点，并抵近东山堡垒地域南侧。
第7纵队一部为策应小店地区作战，在城北凤阁梁一带歼第68师1个多团和暂编第39师1个营，并用炮火控制城北新城机场。