在忻口被中国军队打得几乎一蹶不振的日军第5师团长板垣征四郎，得知当面的中国守军全线撤退后，重新鼓起精神。他当即命令全部日军紧追不舍，意图抢在第20师团前面占领太原，以便挽回一点忻口受挫的面子。
11月6日上午，板垣指挥下的日军先头部队直抵城北工厂区和城东杨家峪一带，与守军发生前哨战，并有一部西渡汾河南进。同日晚些时候，日军第20师团一部到达太原城南小店镇，因其主力需沿同蒲路向南压迫卫立煌的中央军，受命攻城的一个旅团只能起到配合第5师团的作用，已难以达到首先进入太原的目的。
6日整整一天，日军在城北和城东地带对当面的第218、211旅发动了数次猛烈的攻击，遗尸数百具，但进展缓慢。傍晚时分，守军为减少伤亡，主动撤离前沿阵地，向城内撤退。日军在战车和大炮的掩护下尾追而至，在大北门与小北门之间猛扑城垣，受到守军城墙上的机枪和城根炮兵火力的大量杀伤，遂停止攻击。
晚上，板垣接到日军华北方面军的通报：
据谍报称：支那军决定以依城野战方针坚守太原，待援反攻。卫立煌为前敌总司令官，傅作义为守城司令官。又，在上海方面，第10军已于5日在杭州湾登陆，上海指日可下。我军必须在上海之前占领太原。
同时，日军第1军司令官香月清司致电板垣，规定7日一整天为攻击前的准备时间，8日对太原发动总攻。
板垣和他的参谋长西村利温研究后决定，总攻时间为8日上午8时。
7日这天，日军仍然像前一天那样，重点从北城和东城发动攻击，飞机在空中助战，板垣调集所有的炮兵主要轰击城墙，为步兵开辟道路。
大约在下午3时左右，东北角的城墙被日军密如风暴的炮弹轰开一个缺口，砖土向下倾坍，形成了斜坡，日军步兵在战车的掩护下蜂拥而至，很快冲了上来。防守在这个地段上的第211旅第419团在团长袁庆荣的率领下，拼死堵截，日军死伤累累，但仍继续冒死由豁口处向城内突进。团长袁庆荣负伤，一个营长阵亡。
这个时刻，有一个叫刘一平的见习军官清晰地看到了城墙东北角豁口处的战斗场面。
刘一平是第35军学生队的学生。战前，他和十几个同学被分配到总部见习，太原守卫战期间，他担任军官观察哨和值勤等工作。
刘一平清楚地记得，11月4日早晨8时，傅作义总司令来到学生队训话。傅从排头走到排尾，先帮助个别衣冠不整的同学整整衣帽，然后站在队前亮开他洪亮的嗓门训话：“同学们！由于我军务繁忙，顾不得看望大家。你们辛苦我知道，你们都是爱国的有志青年，是跟着我来抗日的。现在我们守城，就要不怕牺牲，坚决守住太原，狠狠阻歼日寇。我们一定要打出一个样子，给全国人民看一看。日本人没有什么可怕的，希望你们勇敢参加战斗！”
傅作义训完话后，令随从发给每人5元钱，一件衬衣。不少同学感动地流下了眼泪。
7日午后，刘一平来到绥署大院里面的梅山观察所。透过观察哨所的瞭望孔，能够看到第35军两个旅防守的大部分地区。数十年后，刘一平回忆说：
从战斗情况看，以东北城角为最激烈，日军的飞机、大炮仍在集中火力对东北城角轰炸，日军步兵已占据靠城墙的建筑物接近城墙，他们完全可以利用炮兵及坦克上的火炮接近最近距离进行直接瞄准射击，来压制我城墙上下的立体火力点。在烟尘弥漫中，隐约看到，东北角城墙已被日军炮兵集中火力轰开一段高低不平的大缺口，使城墙缺口处形成了波状。由于城墙的阻遮还看不到有日军坦克的活动，但能听到缺口两侧密集的机枪连续射击声，以及手榴弹的爆炸声，还看到城墙上的守军紧张活动，像是向城墙外和缺口处投手榴弹，或者是对突击的日军进行射击或格斗。接着比较清楚一些地看到我守城部队，由三个方向向缺口处一批又一批涌进的日军冲杀肉搏，终于把突击之敌制止在城墙外面。这种英勇壮烈的场面，真可以感天地而泣鬼神。我在黄昏前回去向队长报告时，该处的战斗仍在激烈地进行着。
向东北角城墙豁口处冲锋的日军虽一次次被打退，但他们并不甘心，仍在组织力量更加凶猛地冲击，一度占据城上阵地。而且在刚才的混战中，已有部分日军进入城内，并有数十名鬼子在太原军校的操场上空降成功。
局势顿时变得恶化。如果不能彻底堵住城墙豁口，就会牵一发而动全身；突进城内的日军如不加以消灭，弄不好要祸及全城。旋即，小东门附近发现日军。在小东门内掩蔽部指挥战斗的第211旅第422团团长王雷震向旅长孙兰峰报告了这一情况。孙兰峰立即命令王雷震指挥第421团1营、第422团3营、第419团残部，收复城墙豁口，并进击突入城内之敌。
正要行动时，第73师代师长王思田前来传达傅作义的命令：“收复东北城角城上阵地，赏洋5万元！”王思田随即将5万元赏洋交给孙兰峰。
孙兰峰重新指示王雷震：“第421、422、419各选一个奋勇连，每连先给赏洋1000元，着即出动，如逆袭成功，收复东北城角后，再将赏洋5万元如数发给。”
各团奋勇队在小东门附近集结，王雷震把领到的3000元赏洋分给各奋勇连官兵。官兵们将叮当作响的银洋揣进怀里，即开始发动攻击。
第422团3营营长安春山指挥该营7连率先冲上城墙豁口，排长曹学成带领全排与敌肉搏，毙伤日军数十名，拔掉了插在城墙角上的日本太阳旗，收复了城上阵地。但排长曹学成头部中弹牺牲。曹学成是典型的山西人——极喜欢吃醋，平时腰间就挂一个锡制的醋瓶，经常当众拧开瓶塞美滋滋地抿一口。在平绥路作战时，他负伤与部队失散，一位好心的大娘救起了他，并给他包了一碗莜麦面的水饺。他激动得难以下咽。老大娘说：“孩子，别客气，快趁热吃。”他仍是不吃，吭吭唧唧想说什么。老大娘再三劝，他才忍不住问：“大娘，有醋吗？”
与此同时，其他奋勇队员们消灭了进入城内的大部分日军。局势暂趋稳定。
后来王雷震却抱怨说，傅作义所悬赏的5万元大洋他并未从旅部领到。7日夜间，日军虽停止了攻城，但城内并不平静，到处有人放冷枪，估计是汉奸、日本特务和突进城内未被消灭的漏网日军所为。
8日黎明，傅作义召戒严司令、第35军副军长曾延毅到绥署大院地下室总指挥部谈话，要求他督率戒严部队维持城内治安，以免动摇军心。傅、曾二人是保定军官学校时的同学，平素关系密切，属患难之交。1928年傅任天津警备司令时，委任曾为市公安局局长。尽管傅多次告诫部属不得贪污腐化，但是，既贪财又好色的曾延毅当上公安局长不久，便成为百万富翁。傅作义有所感觉，他常对左右说：“军人不能有钱，有了钱就贪生怕死。”傅到绥远担任第35军军长兼绥远省主席时，调升第218旅旅长曾延毅为第35军副军长，所遗一职由董其武接任。傅作义表面上擢升曾延毅，实际上是很体面地收回了曾的带兵权，不让他具体指挥作战。
曾延毅神色慌张地从总指挥部出来，没有回设在绥署大院东院的戒严司令部，径直向大门走去，同时命亲信卫士去叫戒严司令部参谋长郗莘田快来——曾延毅决定和郗莘田一起逃走。两天前，曾延毅曾对第422团团长王雷震说：“总司令不许人说太原城不能守，要说太原城不能守者，就杀头。我当时对总司令说，太原城是不能守，你守，我不守。”曾延毅早就打定了逃跑的主意。
8日8时整，日军发动总攻击。昨日好不容易恢复的东北城墙豁口很快又被强敌突破，日军源源不断进入城内。巷战就此开始。
太原城混乱了，满街都是散兵游勇，不少商店的门窗被打开，酒瓶子、罐头筒子遍地都是。
曾延毅和郗莘田带三四十名戒严司令部的人员，骑马火速赶到大南门。日军没从此处攻城，这里相对平静。但城门已被沙袋牢牢堵塞，有人大声喝令城上守军：“快快搬开沙袋，副军长有紧急公务要出城！”
守卫大南门的第213旅第425团团长李在溪马上给旅长杨维垣打电话报告。杨维垣说：“没有傅总司令的命令，任何人均不准出城！”同时向傅作义请示。傅作义在电话里说：“不能开城门放他们出去。请你劝告曾副军长，让他即速返回总司令部共商大计！”
曾延毅遭到拒绝后，遂改向水西门，令部下强行搬开沙袋出城。在他之后，总部总稽查处处长马秉仁乘装甲汽车到达大南门，企图出城，遭拒后索性弃车，从城墙中间的炮筒口钻出去逃之夭夭。
据说曾延毅后来经晋南、郑州、武汉、长沙、广州、香港，到达天津，过起了安逸的生活。
曾延毅的逃走是一个契机。“副”、“傅”同音，“副军长逃走了！”——三传两传，便成了“傅军长逃走了！”。这个传闻像瘟疫一样四处蔓延，于是军心大哗。除北城、东城与敌胶着的部队仍在支撑外，其他城段的守军，官不管兵，兵不顾官，纷纷丢下武器越城逃走。有些防守地段已无军队的踪影。
上午10时许，有人对着绥署大院的大门放了一阵枪，院内顿时哗然。总部副官长黄士桐仓皇跑进地下室，大喊大叫向傅作义报告：“敌人在总部门外打枪，快打进总部来了！”
已经急红了眼睛的傅作义抬头看见黄士桐的神色，勃然大怒，厉声斥骂：“谁说的！简直是汉奸造谣。你惑乱军心，我砍你的脑袋！”
黄士桐呆若木鸡。参谋长陈炳谦暗中推他一把，悄声道：“还不赶快出去。”
黄士桐退出地下室，瘫靠在墙上，惊慌未定。许久才回过神来，羞愤地自言自语：“人家几千里跑来帮你抗战来了，骂人家是汉奸，要砍人家的头，咱是不能干了……”黄士桐是江苏人，保定军官学校毕业，已跟随傅作义很多年。
当敌特在绥署大门口放枪，院内发生骚乱时，原绥远省政府秘书、国民政府主席林森的侄子林亚萍和第35军特务连的30多名官兵跑到西便门，意图挪开沙袋外逃。原绥远省警察局督察长韩伯琴发现后赶来劝阻。林亚萍红着脸，带头喊道：“走！咱们回去保卫总司令部去！”
这天晚上，在撤退时，林亚萍于混乱中被冷枪误杀。
8日下午，日军第5师团长板垣征四郎命令师团预备队加入战斗，第211、218旅伤亡重大，已无力阻截入城的日军，日军攻击部队逐渐延伸至精营、坝陵桥、粮食局及绥署后门外的东缉虎营。总指挥部与各部队失去正常联系。
已到了山穷水尽的地步，傅作义仍在苦撑危局。没人能说清他已几天未睡觉，他的眼里布满血丝，往日红润的脸膛罩上一层铅灰色。他嘶哑着嗓子，不停地说：“打！”连半个“走”字都不露。
包括秘书长曾厚载在内，总部的很多人都已悄悄逃走，傅作义的身边只剩下参谋长陈炳谦、总参议袁庆曾、中将高参叶启杰、张濯清、侍从参谋刘春方、副官张景涛、卫士郝德振等少数人员。
气氛极其压抑、紧张。每一分钟都显得如此漫长。挨到下午5点多钟，幕僚们暗中怂恿参谋长陈炳谦和总参议袁庆曾，劝傅作义赶快撤走，不然就来不及了。陈、袁二人婉转地对傅作义说：“对敌人一定要打，对窜入的日军一定要消灭，但需要筹划一种有利的打法。现在局势已恶化到对我军极端不利，我们最好先突出敌人的包围圈，转进到西山里，反转来再打击敌人消灭敌人，这是当前万全之策。”
傅作义脸上出现痛苦、复杂的表情，许久不语。这种压抑而紧张的气氛几乎使在场的每一个人行将崩溃。不知过了多久，傅作义翕动着嘴唇，喃喃道：“我反复想过了，抗战是长期的，今晚就撤走……”
所有的人都舒了一口长气，抬头看——傅作义已是泪眼蒙蒙。
