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太原外圍防禦地區，在受我威脅較大的北、東、南三面，建立四道防禦地帶（殲敵地帶、固守地帶、支援地帶、核心地帶）和三個“獨立固守區”構築了500餘處堅守據點（每一個據點有幾座至十幾座碉堡組成），共5000餘座碉堡，輔以野戰工事、鹿砦、鐵絲網、劈坡和暗道。各據點、碉堡之間，有公路、大車路及交通壕相通。城東之牛駝、小窯頭、淖馬、山頭號稱四大要點，工事尤為堅固，形成屏障城東的8公里防線。閻錫山吹噓說：“地勢險要的東山防禦線，是寨中寨，堡中堡，鐵圪瘩，足抵精兵十萬”，可見防禦準備之充分。
（二）我軍戰役方針和部署
華北野戰軍第1兵團，遵照中央軍委關於太原戰役的電示精神，確定以“圍困、瓦解、攻擊，逐步削弱，然後一舉攻下太原”為戰役方針。戰役第一步，突破敵第一線防禦陣地，以火力控制南北機場，斷敵外援，以便於瓦解敵軍；第二步，占領太原東南和東北攻城必須之要點，完成總攻準備；第三步，奪取城垣和市區，全殲守敵。第1兵團以太原東南為主要進攻方向，太原東北為輔助進攻方向。其攻擊部署是：
以第8、13、15縱隊及晉中軍區部隊主力位於太原東南，向磚井、馬莊、雙塔寺方向實施主要攻擊。首先，集中兵力攻取石咀子、山頭、馬莊、北營、大馬村諸要點，並以部分兵力箝制軍山和汾河以西之敵，圍困武宿機場，以火力控制王村機場；第二步，攻取淖馬、雙塔寺等要點，肅清城東殘餘據點，控制外壕，完成攻城準備，第三步，在第7縱隊配合下，攻占城垣和市區，全殲守敵。以第7縱隊主力及晉中軍區一部兵力位於太原東北，向鳳閣梁、丈於頭、臥虎山實施輔助攻擊。首先以主力攻取麥坪、西嶺諸要點，1個旅向東、西關口實施箝制性進攻，以炮火控制新城機場；第二步，攻取丈子頭、臥虎山，肅清城東北殘敵，完成攻城準備；第三步，配合友鄰攻占城垣和市區，全殲守敵。
三、戰役簡要經過
（一）第一階段
10月2日，蔣軍以9個師的兵力，突然沿汾河、同蒲路之間向南出犯，企圖搶劫糧食，向外擴張，破壞我軍戰役準備。趁蔣軍脫離築城地域之際，我為不失時機地殲敵於運動之中，為爾後奪取太原創造有利條件，決定提前發起太原戰役。
10月4日夜，蔣軍暫第44、45師和第72師一部，剛進到小店、南黑窯地區即被我軍包圍，激戰至6月9時，被我全殲。與此同時，太原東山碉堡區之門戶石咀子據點，被我軍占領。蔣軍鳳閣梁、李家山要點丟失後，急調第27師、68師反撲，激戰至14日，蔣軍以損失一個團的代價而復占。至16日，蔣軍所謂的“百里防線”多處被我軍突破，武宿機場失守，王村、新城機場被我火力控制，蔣軍被殲約3個師，主力被牽制於城南。
10月17日，我7縱以遠程奔襲手段，突然占領蔣軍牛駝要點部分陣地，15縱一部攻占石人梁，迫使罕山蔣軍1個團投降，1個團被殲，另4個乘隙西逃太原。在我軍各縱隊猛烈攻擊下，蔣軍罕山固守區及城東南之上黑駝、南坪頭、千家墳，城北之黃寨諸要點相繼失守。唯牛駝要點部分陣地遭蔣軍第27師和暫編第10總隊的瘋狂反撲，經4晝夜連續激戰，該點被蔣軍重新占領。10月26日，我軍第7、8、15、13縱隊共10個旅分別向牛駝、小窯頭、淖馬、山頭四要點發起攻擊，蔣軍亦先後使用近6個師的兵力，在炮兵與空軍的支援下向我連續反撲，並多次使用毒氣。在激烈的戰鬥中，各主要陣地彈痕累累，焦土三尺，手榴彈柄敷地一層。戰至11月13日，蔣軍四大要點相繼失守。在此期間，我晉中軍區部隊攻占了城北之北留、棋子山、青龍鎮等據點。蔣軍則乘我主力於城東作戰之際，在西銘修一臨時機場，並從榆林空運第83師增援太原。11月16日，第1兵團首長接中央軍委指示，為配合即將開始的平津戰役，穩住平、津、張、唐之蔣軍，決定緩攻太原。至12月26日，僅占領鳳閣梁、陽曲、上蘭、店頭、紅沙梁、南堰等必要的要點陣地，以火力控制王村、西銘、新城三機場。此後，太原守軍轉入被長期圍困狀態。
（二）第二階段
閻錫山集團經我軍打擊、圍困，已損失4萬餘人。在孤立無援的情況下，仍不聽從我軍和平解放太原的勸告，繼續作困獸之鬥。乘我軍休整，大肆抓兵、重劃防區和調整部署。將保安團、民衛軍、警察等補入正規軍，將暫44師和第8、9總隊及強征的百姓編成鐵血師、神勇師、堅貞師，將主要防禦東區分劃為東南、東北兩區，增加了該兩區和市區的兵力。此時，蔣軍防禦地幅的周邊長縮小到160華里，總兵力近9萬人，兵力密度有所增加。閻錫山為獲取空中支援，在城周圍新建5個小型機場。新機場及原有3機場因均在我火力控制之下，始終未能順暢使用。
北平和平解放後，我軍第19、20兵團（原華北第2、3兵團）及第4野戰軍炮1師，於1949年3月進抵太原前線，與久圍太原的第18兵團（原華北第1兵團）會合。此時，我軍已達30萬人，雙方兵力對比發生根本變化。4月20日2時，第20兵團之第67軍、66軍、68軍及19師分別從太原東北、北和西北方向向當面之敵發起進攻，11時許，蔣軍北區主力在新城機場以北被我合圍，戰至黃昏，蔣軍大部被殲，我軍繼續向城垣逼進。
（二）我軍戰役方針和部署
華北野戰軍第1兵團，遵照中央軍委關於太原戰役的電示精神，確定以“圍困、瓦解、攻擊，逐步削弱，然後一舉攻下太原”為戰役方針。戰役第一步，突破敵第一線防禦陣地，以火力控制南北機場，斷敵外援，以便於瓦解敵軍；第二步，占領太原東南和東北攻城必須之要點，完成總攻準備；第三步，奪取城垣和市區，全殲守敵。第1兵團以太原東南為主要進攻方向，太原東北為輔助進攻方向。其攻擊部署是：
以第8、13、15縱隊及晉中軍區部隊主力位於太原東南，向磚井、馬莊、雙塔寺方向實施主要攻擊。首先，集中兵力攻取石咀子、山頭、馬莊、北營、大馬村諸要點，並以部分兵力箝制軍山和汾河以西之敵，圍困武宿機場，以火力控制王村機場；第二步，攻取淖馬、雙塔寺等要點，肅清城東殘餘據點，控制外壕，完成攻城準備，第三步，在第7縱隊配合下，攻占城垣和市區，全殲守敵。以第7縱隊主力及晉中軍區一部兵力位於太原東北，向鳳閣梁、丈於頭、臥虎山實施輔助攻擊。首先以主力攻取麥坪、西嶺諸要點，1個旅向東、西關口實施箝制性進攻，以炮火控制新城機場；第二步，攻取丈子頭、臥虎山，肅清城東北殘敵，完成攻城準備；第三步，配合友鄰攻占城垣和市區，全殲守敵。
三、戰役簡要經過
（一）第一階段
10月2日，蔣軍以9個師的兵力，突然沿汾河、同蒲路之間向南出犯，企圖搶劫糧食，向外擴張，破壞我軍戰役準備。趁蔣軍脫離築城地域之際，我為不失時機地殲敵於運動之中，為爾後奪取太原創造有利條件，決定提前發起太原戰役。
10月4日夜，蔣軍暫第44、45師和第72師一部，剛進到小店、南黑窯地區即被我軍包圍，激戰至6月9時，被我全殲。與此同時，太原東山碉堡區之門戶石咀子據點，被我軍占領。蔣軍鳳閣梁、李家山要點丟失後，急調第27師、68師反撲，激戰至14日，蔣軍以損失一個團的代價而復占。至16日，蔣軍所謂的“百里防線”多處被我軍突破，武宿機場失守，王村、新城機場被我火力控制，蔣軍被殲約3個師，主力被牽制於城南。
10月17日，我7縱以遠程奔襲手段，突然占領蔣軍牛駝要點部分陣地，15縱一部攻占石人梁，迫使罕山蔣軍1個團投降，1個團被殲，另4個乘隙西逃太原。在我軍各縱隊猛烈攻擊下，蔣軍罕山固守區及城東南之上黑駝、南坪頭、千家墳，城北之黃寨諸要點相繼失守。唯牛駝要點部分陣地遭蔣軍第27師和暫編第10總隊的瘋狂反撲，經4晝夜連續激戰，該點被蔣軍重新占領。10月26日，我軍第7、8、15、13縱隊共10個旅分別向牛駝、小窯頭、淖馬、山頭四要點發起攻擊，蔣軍亦先後使用近6個師的兵力，在炮兵與空軍的支援下向我連續反撲，並多次使用毒氣。在激烈的戰鬥中，各主要陣地彈痕累累，焦土三尺，手榴彈柄敷地一層。戰至11月13日，蔣軍四大要點相繼失守。在此期間，我晉中軍區部隊攻占了城北之北留、棋子山、青龍鎮等據點。蔣軍則乘我主力於城東作戰之際，在西銘修一臨時機場，並從榆林空運第83師增援太原。11月16日，第1兵團首長接中央軍委指示，為配合即將開始的平津戰役，穩住平、津、張、唐之蔣軍，決定緩攻太原。至12月26日，僅占領鳳閣梁、陽曲、上蘭、店頭、紅沙梁、南堰等必要的要點陣地，以火力控制王村、西銘、新城三機場。此後，太原守軍轉入被長期圍困狀態。
（二）第二階段
閻錫山集團經我軍打擊、圍困，已損失4萬餘人。在孤立無援的情況下，仍不聽從我軍和平解放太原的勸告，繼續作困獸之鬥。乘我軍休整，大肆抓兵、重劃防區和調整部署。將保安團、民衛軍、警察等補入正規軍，將暫44師和第8、9總隊及強征的百姓編成鐵血師、神勇師、堅貞師，將主要防禦東區分劃為東南、東北兩區，增加了該兩區和市區的兵力。此時，蔣軍防禦地幅的周邊長縮小到160華里，總兵力近9萬人，兵力密度有所增加。閻錫山為獲取空中支援，在城周圍新建5個小型機場。新機場及原有3機場因均在我火力控制之下，始終未能順暢使用。
北平和平解放後，我軍第19、20兵團（原華北第2、3兵團）及第4野戰軍炮1師，於1949年3月進抵太原前線，與久圍太原的第18兵團（原華北第1兵團）會合。此時，我軍已達30萬人，雙方兵力對比發生根本變化。4月20日2時，第20兵團之第67軍、66軍、68軍及19師分別從太原東北、北和西北方向向當面之敵發起進攻，11時許，蔣軍北區主力在新城機場以北被我合圍，戰至黃昏，蔣軍大部被殲，我軍繼續向城垣逼進。