刘伯承命令，陈再道指挥以冀南纵队为主力的1万余人部队继续攻城。当然，是佯攻，而且声势越大越好；打援部队分左右两翼，右翼由李达和陈锡联指挥，以太行纵队为主力，兵力约1万人；左翼由陈赓指挥，以太岳纵队为主力，兵力也在万人左右。
命令刚刚下达，刘邓忽然接到前方侦察部队报告：原来援军不是3个师7000人，而是5个师1.2万余人。
刘邓不为所动，仍决定以1万人攻城，2万人打援。打援的决心和阵容不变。
次日晚，刘邓将其指挥位置转移至黄辗镇，以便于指挥部队打援。
但这时援军又改道了，在与我接触后，在老爷山、磨盘垴据守，不走了。
刘伯承心想，这倒不是坏事，因此就势又设了一个口袋阵：以陈锡联为右翼，陈赓为左翼，强攻老爷山、磨盘垴，在北面来路上放开一个口子，虚留生路，改右翼队的第17师和独立支队（第30团）尾敌援军后，在敌逃跑时将其截住歼灭。这样还有一个好处，就是不让援军和长治守敌联成一体。
部署妥当，刘邓的指挥部第7次位移，由黄辗镇前移到西北的中村。
10月2日，打援主力在预期地区与阎锡山的援军遭遇。阎军的火力很强，而刘邓部队的弹药奇缺，因此轻易不敢开枪。
这日夜，刘伯承由李达和陈锡联陪同，到前线部队视察。刘伯承听到前线枪声特别稀疏，不禁愣了一下：大兵团作战枪声不该是这样的呀？陈锡联道：“现在子弹太少了，每个老兵才5发子弹。大家都在想办法抓俘虏，抓1个俘虏可以得到200多发子弹。他们每人携带300发子弹，100发自己用，200发送到长治。”
刘伯承听了高兴道：“怪不得敌援军走得这么慢呢，原来是负担太重啊。好，消灭这股敌人油水还不少呐。”
激战两天，刘伯承又大吃一惊。
原来前两次的情报都不准。阎锡山派来的援军既不是7000人，也不是1.2万人，而是8个师附两个炮兵团，共2万人。总指挥是第7集团军副总司令彭毓斌、副总指挥是第2战区炮兵司令胡三余。
又一次节外生枝。2万对2万，装备悬殊又这样大，这仗如何打？
时间不允许他们犹豫了。刘邓当机立断，改变部署，从长治1万围城部队中，调陈再道冀南纵队6000人火速赶来，投入打援战斗。
刘伯承举重若轻，在此十万火急之时，在给陈再道打电话下达命令时，竟是以玩笑的口吻对陈再道说：“长治这块骨头先不啃它，咱们先吃掉眼前这块骨头。陈赓在老爷山，陈锡联在磨盘垴，两人已经按住了敌人的两条大腿，你赶快从中间大道往北插。援敌已陷入四面包围，很快要发动总攻，你尽快准备出击。”
“口袋阵”依然不变，仍在北面给敌人留个口子，以防敌人作困兽之斗。
10月4日，刘邓第8次将指挥部前移至太平村，以便直接指挥老爷山、磨盘垴两处的打援战斗。
经过激战，到10月6日晚，阎锡山的2万援军除约2000人逃到沁州外，悉数被歼。总指挥彭毓斌被打死，副总指挥兼炮兵司令胡三余、第46师师长郭溶、第49师师长张宏、第66师师长李佩膺等数十名高级军官束手就擒。
7、 追歼逃敌，俘获万人
困守长治，渴望援军解围的史泽波，初闻阎军2万援兵南下消息的时候，曾向部属转发过阎锡山从太原发来的所谓“上党必争，长治必守，援军必到，叛军必灭”的电令，想借此稳定军心，也给自己壮胆。史泽波曾组织“敢死队”拼命突围达17次之多。当援军被我歼灭后，长治之敌成了惊弓之鸟，完全丧失了坚守的信心。
为了保存实力，阎锡山又急令史泽波趁我军主力尚未南返之时，赶快撤离长治向西突围，企图横穿我太岳区逃回浮山、翼城。
10月8日黄昏，史泽波趁着大雨浓雾，偷偷弃城向西逃窜。然而，敌人的这一步棋，早在刘邓意料之中。为全歼长治之敌，在敌军刚刚弃城西逃之际，我军即在打援部队中组成了2支精干部队对其平行追击。这便开始了上党战役的第三阶段，追歼逃敌。
太行纵队的2个团不顾疲劳一路尾追，于10月10日在沁水县的香沟率先追上了敌人的后卫部队，激战1小时后，俘敌700余人，把敌人的尾巴吃掉。然后追到大庙庄地带，咬住了敌人的主力部队，又在大庙庄和敌人展开了激烈的战斗。
与此同时，远在襄垣的太岳纵队亦接到命令，要他们赶到东峪，西峪一带截住敌人。太岳部队随即从土落村出发，用最快的速度，沿吾元、张店急进。当他们赶到东、西峪时，不料敌人已经过去了，于是部队又兵分三路：21团走梁山、20团和38团走山谷、772团单独沿张店、将军岭、马壁一线绕大弯子插过去。终于在沁水县的桃川附近堵住了敌军的逃路。10月10日，772团和敌人在将军岭交火，太岳部队其余3个团也于11日拂晓在佛庙岭投入战斗。此时，在大庙庄和敌人激战的太行纵队也尾随而至，敌人被包围、压缩在桃川一带。
10月12日下午3时，我军发起总攻，只用3个小时就结束了战斗，敌军除少数先头部队逃跑外，大部被歼，连史泽波在内的近万名官兵都当了俘虏。至此，历时30余天，共歼敌13个师、3.5万余人的上党战役胜利结束，除沁县外，晋东南地区全部解放。
战后，我太岳纵队司令员陈赓将军接见了史泽波军长，向其交代了党的俘虏政策，并问他：“你认为你们这次战败的原因是什么？”败军之将史泽波感慨道：“抗战8年中，贵军在上党地区和日军作战，日本投降后，我们来抢占地盘是不对的，不过没想到失败得这样快，真是天助你们！”陈赓将军回答说：“你讲对了！《水浒传》上说梁山泊好汉们‘替天行道’，我们也是‘替天行道’，我们的‘天’，就是人民。我们依靠人民打败了日本侵略军，也依靠人民打败了你们。历史证明，与人民作对，必然要失败！希望你今后能为反对蒋介石、阎锡山发动内战作些贡献。”
这些话深深触动了史泽波的心，我党的俘虏政策也给了他生的希望，后来他领衔联合上党战役被俘的高级将领发通电揭露了蒋阎挑起内战的罪行。
8、 独眼将军宴请败军之将
在上党吃了大败仗的国民党高级将领胡三余、史泽波等人，被送到了后方晋冀鲁豫军区政治部。当他们看到根据地晴空万里的蓝天，本来十分阴郁、懊丧的心情，也逐渐淡下去了。反正已经做了人家的俘虏，也就听天由命，任由发落了。
他们刚刚安顿下来的第二天，军区政治部的同志就来通知他们：刘司令员打来电话，说晚上聊备菲酌，给各位将军压压惊。
这次被俘的将军还真不少，一共29位。他们听说刘司令员要请客，脸上都表现出了复杂的表情。待政治部的同志一走，胡三余就唉声叹气道：“上党这一仗，本是蒋委员长在重庆谈判的关键筹码，兄弟们原指望在上党露一手的，唉，谁知事与愿违，反做了人家的阶下囚，这饭如何下咽啊！”
少将参议翟大昌也叹道：“是啊，国军83军、19军、61军、23军，还有全由军官组成的2纵队、6纵队、外加5个‘爱乡团’、9个县的保安团，合起来总有3.8万余人吧，怎会在1个来月的时间里，就被刘伯承的队伍吃光了呢？”
因为援军没能帮上忙，史泽波本来就对胡三余有气，因此指责胡说：“就是嘛，尤其是两万援军，只上阵打了两天两夜就交了枪，还白送了人家那么多子弹！真是丢尽了阎主席的脸！”
胡三余当即反唇相讥：“史军长你算守土有功吗？守不住城，跑也跑不脱。”
这时一位师长打圆场说：“早听说刘瞎子打仗又准又狠，这回算是领教了。趁此机会，我们和他一起探讨探讨吧，也不至于输得不明不白的。”
众人也就不吭声了。无论如何，上党一役他们输得心服口服。也正是因为这个原因，他们确实想听听刘伯承这位著名战略家的高见。
宴席设在一户地主家的庄园里。比起这些被俘将军们以往席中的山珍海味，这顿压惊宴，当然是很简单的了。但对刘伯承来说，为这29位降将备下的饭菜，已经相当破费，该是很丰盛的了。刘伯承平时烟酒不沾，今天也破例抿了抿这浓香扑鼻的杏花村好酒，并频频劝将军们干杯。
几杯热酒下肚，败军之将们情绪渐渐热烈起来，有几位将军几次想请刘伯承谈谈对上党战事的看法。刘伯承总是端酒来挡：“两军交战本是不得已的事，蒋先生硬是要打，我们也只好奉陪。今天我们只管吃饭、喝酒，不谈国事。”
这位独眼将军在餐桌上的儒雅风度和风趣谈吐，让众位降将感到亲切和佩服。
9、 盘点
此次战役，晋冀鲁豫解放区集中了正规军3.1万人，民兵5万多人，将侵入太行、太岳解放区腹地长治的国民党阎锡山军队以及随后增援的部队，共计3.8万人，除3000人逃跑溃散外，其余全部歼灭。
解放军在上党战役中取得的辉煌胜利，给蒋介石发烧的头脑泼了一桶冷水。这一战，打破了蒋介石、阎锡山企图迅速占领全华北的野心，也打乱了国民党内战的日程，加强了我党在重庆谈判中的有利地位，从而迫使蒋介石不得不在10月10日签订《双十协定》。
毛泽东对这次战役的胜利给予了高度评价：“太行山、太岳山、中条山的中间，有一个脚盆，就是上党地区。在那个脚盆里，有鱼有肉，阎锡山派了13个师去抢。我们的方针也是老早就定了，就是针锋相对，寸土必争。这一回我们‘对’了、‘争’了，而且‘对’得很好，‘争’得很好。就是说，把他们13个师全部消灭。他们进攻的军队共计3.8万人，我们出动3.1万人。他们的3.8万人被消灭了3.5万人，逃掉2000人，散掉1000人。这样的仗，还要打下去。”
刘邓首长对上党战役的指挥，不仅受到我统帅部的赞扬，就连国民党的有关报告和战史，对上党战役的评价也不得不承认我军“长于机动，处处争取主动；兵力运转，灵活迅速；计划周密，命令彻底；善伺机会，巧于出奇制胜”；“控制上党区后，复回师平汉线，阻挠北上接收冀省之国军，益获兵力运用之自由，影响战略，实为至大”。
上党战役是我军对国民党军作战的一个大战役，是保卫抗战胜利果实的第一仗。在实际上，这个战役揭开了伟大的解放战争的序幕。因此，它在中国人民解放战争的光辉史册上写下了重要的一页。