6月26日，徐向前致中央军委、华北军区电报中讲到：决心集中主力在祁县、平遥以东地区与敌决战，并把作战的重点放在首先消灭敌第三十四军上。具体部署是：以第十三纵队往北面监视东观之敌：太岳部队插至洪善、平遥间，监视平遥之敌：第八纵队以一部插至洪善、祁县间堵溃打援；吕梁部队位于汾河东岸，配合第八纵队主力由此依涧正面攻击，首先歼灭敌第三十四军：由太行军区第二分区和北岳军区第二分区部队组成的肖文玖集团在榆次以南地区积极活动，配合主力作战。但是，这时敌人已越打越滑，对于徐向前分割歼灭这一手非常警惕。敌第三十四军与第三十三军始终紧紧靠拢，白天出战，夜间却龟缩在铁路沿线据点，因而分割围歼敌第三十四军的计划没能实现。29日，徐向前召集各纵队首长召开作战会议，决定修改作战方案。首先，徐向前分析了阎锡山的心理状态，认为阎锡山虽然摆出了与我军决战的架势，但他决不敢叫赵承绶指挥的野战军继续南移，远离太原。假如我军主动继续北移，把歼灭敌人的战场放在太原以南，倒可以诱敌出来，有可能前截后逼，在运动中歼灭敌有生力量，置赵承绶于死地。如果阎锡山仗着战场离太原较近，敢于派守城部队出援，我军正可以回师将它“吃掉”，这对以后攻取太原更为有利。关于战场设置问题，徐向前认为：榆次守敌暂编第八总队、太谷第九总队、徐沟冲锋枪大队、战斗力均较弱，惟祁县守敌第三十七师两个团加地方武装2000余人有一定战斗力。如先行围攻全歼，那么，榆次、太原、徐沟、祁县间的犄角形地带，敌人守备空虚，距铁路线不远，正是我军在运动中歼灭赵承绶集团军的好战场。徐向前的分析透彻据理。在此基础上，形成了新的作战方案：“调动敌人于太谷、祁县间歼灭之。”其具体部署是：以太岳、太行等军区部队破袭榆次、太谷之铁路，切断阎军北撤退路，迫其由榆次、徐沟之间北撤，投入我预设之包围圈；主力第八纵队、第十三纵队进至太谷、祁县间待机。为策应主力在太原以南地区作战，另以晋绥军区孙超群集团（7个团）切断黄寨至太原段铁路，威胁太原，钳制当面之阎军两个师，不使其南援。6月30日7时，中央军委批示：“部署甚好”。
6月30日上午，各部队开始按照命令行动。徐向前决定打开子洪口，拿下白狮岭据点，使后方的粮、弹等物质通过白晋路运出来。该据点由敌暂编第三十七师一个营凭险防守，地形复杂，工事坚固，攻取实属不易。但由于我军准备充分，战斗发起后，部队动作勇猛、迅速，步、炮、工协同密切，充分发挥了“单兵爆破、小组突击”等战术手段的威力，以极小的代价，攻克了白狮岭要塞。
7月2日，太岳军区部队按照徐向前的作战部署，昼夜兼程，北进至榆次和太谷间的铁路沿线，协同太行军区部队展开破击战，并构筑工事。赵承绶发觉铁路切断，侧背受到威胁，感到情况极为严重，如果不控制东阳镇地区，特别是夺回董村，就与榆次和太原的大本营失掉联系而成为孤军。于是，赵承绶急令一部兵力要不惜任何代价夺回东阳镇，以使自己有一条通畅的退路。为此，敌军向东阳镇我军阵地攻击，并以第三十三军主力第七十一师、暂编第四十六师一个团、暂编第九总队共9个步兵团和一个炮兵团，在飞机和装甲车掩护下，对董村发起了轮番猛攻，赵承绶和第三十三军军长沈瑞不得不到第一线亲临指挥。
董村防线能不能坚守住，是能不能堵截住赵承绶集团予以歼灭和取得晋中战役胜利的关键，坚守董村的第四十一团伤亡严重。敌装甲车曾一度开进村口，被我爆破小组从房上投炸药包击退。太岳军区司令员刘忠请示：部队已经坚持了好几天，十分疲劳，伤亡又大，能不能后撤稍作休整。徐向前斩钉截铁地回答：“不行，再疲劳也要打，把钉子钉在那里，坚持最后五分钟，坚持到最后一个人，也要守住阵地！”就这样，阎军连续四昼夜猛攻董村防线，伤亡已近千人，但终未能突破董村阵地。赵承绶眼看由董村北撤已无指望，遂即指挥主力撤离铁路线，改由榆次和徐沟间北撤。这一决策，又一次正中徐向前下怀，自己主动地再一次进入了徐向前早就布置好了的包围圈。
等待已久的徐向前见战机已经出现，立即命令：以第十三纵队全部并指挥第八纵队第二十二旅，跟踪追击由东观镇向徐沟逃窜的敌第三十四军。我各路部队按徐向前命令，直接插到徐沟、尧城镇以东、子牙河以南地区，迅速切断了敌由徐沟北撤之道路。此时的太岳、北岳军区部队自东阳地区进至车辋村东西一线，由此切断了敌向榆次的退路。吕梁军区主力独立第三、第七旅自汾阳以西东进永康镇地区阻击北面来援之阎军。
7日晚，第八纵队首先以强大的炮兵火力打开缺口登城，经4个小时激战，攻下祁县，全歼守敌第三十七师师部及所属两个团和保警队，俘敌师长雷仰汤以下3200余人。从而把平遥、介休、汾阳、孝义、文水等县之敌与太原守敌完全隔断。第八纵队在攻克了祁县之后也迅速兼程北上，由南面包围过来，协同友邻各部队完成了对赵承绶集团的最后包围。至此，将赵承绶集团包围在太谷以北的大常镇、小常村、西范村、南庄等东西10公里，南北不足5公里的狭小地域内。遂即展开了晋中平原上的最大的一个歼灭战。
8日，阎军一路第三十四军暂编第四十六师一部，由胡村向西对我第十三纵队第一一七团墩坊村阵地发起攻击：另一路第三1一四军一部，自东、西贾村向东南方向向我军第十三纵队第一一五团阵地发起攻击；又一路敌暂编第十总队一部，自大常向东北方向的我军本辋村阵地猛攻。我军各路由于刚刚到达指定位置，还不及构筑完备的工事，所以，只能是边打边筑工事，顽强阻击，其中向徐沟方向突击的敌第三十四军一部，相继攻占了“三李青”、东楚王庄等地，徐沟敌人出动来援，情况一度十分危急。虽部队伤亡很大，但表现十分英勇，终于夺回了东楚王庄等阵地，打退了徐沟方向接应的敌人。另两路敌人也被我第十三纵队第三十九旅和肖文玖集团坚决堵住。
9日，我第八纵队及时赶到“三李青”以南一线，第十三纵队此时已巩固了北面阵地。徐向前又及时调整部署，以第十三纵队位于北及西北，第八纵队位于西南，肖文玖集团位于东北，第十五纵队位于东及东南，紧缩了包围圈，敌3万余众，被紧紧包围在了仅占13个村镇的狭小地域。赵承绶这时才发觉态势不妙，但再想组织突围，已为时晚矣！
晋中平原的村镇，较大较密，一般在四周筑有坚固围墙，房屋大部分是青砖结构的瓦房，相当坚固。被围之敌又相对集中，可以凭借这些村镇房屋和沿村野战工事据守，且有空军轮番出动助阵。徐向前兵团与敌人的总兵力相比，并不占绝对优势。据于此，徐向前认为不能对这些村镇同时进行攻击，而必须集中兵力、火力，逐个村镇进行攻坚，以战斗小组逐屋爆破、逐屋夺取的战法，由西向东逐步压缩包围圈，最后全歼敌人。为了不给敌人以喘息的机会，连夜调整了部署。
7月10日晨6时，总攻的信号弹升起。第十三纵队向东、西贾村敌人发起了猛攻，第八纵队对“三李青”敌人猛攻，至12日，大常镇、南庄被全部占领，残敌退缩到紧靠小常村赵承绶集团总部的西范村。战斗中，敌第三十四军军长高倬之被击伤，又一次化装逃向太原。赵承绶向阎锡山急报：“四周都是****，我们已经完全被包围了，请速增援！”无可奈何的阎锡山，只好急令所有部队迅速脱离战斗撤回太原。
被压缩包围在西范、小常、南庄、新戴4个村里的赵承绶野战司令部和残部，面临末日，恐慌万状。赵承绶急电太谷第九总队郭熙春率部向小常村方向出击，以接应主力返回。但郭熙春不但没有接应，反而弃城向榆次“走为上”了。
7月15日拂晓，徐向前命令100多门火炮猛击西范村敌阵地。10时左右，第十三纵队两个旅和第八纵队一个旅由村西、北、南三面突破敌阵地前沿，敌人拼命抵抗，不断组织反扑，但毫无效果，最终赵承绶集团总部及第三十三军两个师和暂编第十总队残部共约1万余人，全部被压缩在小常村一处。此时，兵团指挥部又从报话机里侦听到了阎锡山呼告赵承绶，说郭宗汾的“南援兵团”马上就来接应，另派飞机到小常村增援，等飞机一到就马上组织突围，向北与郭宗汾会合。徐向前得此情报后，当即令第十三纵队抽出一部兼程北上，配合肖文玖集团插到潇河以北地区，待郭宗汾南渡即断他的归路，主力则于解决赵部后向北迎战，两面夹击，吃掉阎锡山送来的“加餐”。与此同时，徐向前又考虑到：与被围之敌打攻坚战，不如来个“围三阙一”，利用赵承绶急于逃跑的心理，将他放在野外更好打，不仅可以加快解决赵部，还可以及时北转再解决郭部。于是，徐向前又命令第十三、第十五纵队放松小常村东北角的“网”，从其余方向向敌猛攻，迫敌突围，脱离阵地后，在野战中将其歼灭。此举果然奏效。小常村很快被攻占，敌野战军总司令赵承绶、军长沈瑞和参谋长曹谦等被一一活捉。
当围歼赵承绶集团激战正酣之时，徐向前已经开始考虑下一步如何攻打太原了。15日晚，向中央军委报告，拟在完成榆次以南作战后，即行北上，完成对太原的包围，有可能即夺取太原。16日，军委复电同意。电报是******主席写的。同时还有一电给粟裕等和华东局、中原局。电报说：我徐向前同志所部三个纵队，于攻克临汾伤亡万五千人之后，仅休息二十天即北上作战，连续歼灭阎锡山军七个师（等于旅）又四个军部（等于整编师），现尚包围敌两个师，又两个总队（略等于旅），又一个军部，又一个总指挥部于榆次以南正歼击中。向前所部仅一个纵队有二万余人，其余两个纵队各只一万余人，此次大战估计将伤亡万余。军委正令该军于完成榆次以南作战后，立即抢占太原飞机场，准备夺取太原。此种情形，望宣示干部，鼓励士气。
敌赵承绶部被歼之后，晋中孤立守点的国民党军纷纷向太原逃窜。徐向前指挥部队，以“横扫千军如卷席”之势，乘胜追击，至7月21日，徐向前兵团解放了除太原以外的全部晋中县城，各部队直逼太原城下。
晋中战役，以歼灭阎锡山10万余人，解放晋中全部地盘而告结束。****中央发来贺电：“庆祝你们继临汾大捷后，在晋中地区歼灭敌一个总部、五个军部、九个师、两个总队及解放十一座县城的伟大胜利。晋中战役在向前、士第两同志直接指挥之下，由于全军奋战，人民拥护，后方努力生产支援，及各战场的胜利配合，仅仅一个月中，获得如此辉煌的战绩，对于整个战局帮助极大。现在我军已临太原城下，最后地结束阎锡山反动统治的时机业已到来。希望你们继续努力，再接再厉，为夺取太原、解放太原人民而战！”
总结晋中战役胜利的原因，应该说，首先是因为正确地选择了实施战役的时机。即战役是在我军连续取得胜利、斗志正旺、士气正盛、求战正切，而敌人则是连续失败，恐慌畏战、士气低落的情况下发起的。战前，敌我双方虽然在力量对比上，无论是兵力、还是装备，敌人都明显占据优势，而且是先处战地，以逸待劳。我军则是连连征战，疲惫不堪。这在一般人看来，我军应该主动避战休整、补充。但兵团司令员徐向前却不这样看，他认为，敌人的畏战和我军的求战就是可乘的战机，兵法讲“圜势破之”，就是说要利用有利态势击破敌人。所以，我应充分大胆地抓住这一有利态势，不给敌人以准备之机，不给敌以喘息之机，乘机而动，乘势而战，往往可以取得以劣胜优、以弱胜强的作战效果，这一点是十分必要的。从战役组织指挥方面看，其主要经验是：利用敌人的弱点，调动敌人，创造战机，力求在运动中歼灭敌人；集中优势兵力，先小后大，先弱后强，各个歼灭；参战部队连续作战，勇猛顽强，既打运动战，又打阵地战，正如徐向前指出的：“战役指导上没有犯严重错误，战役开始既估计到敌人发现我们时会集中其主力一部南下找我作战”，故作出相应的部署：“正确地估计敌人可能集中的兵力，争取在运动中歼灭敌人四至六个师”，“作战重点是放在北面不是南面，放在东面不是在西面，着重拦头断绝敌人逃回太原道路”；“发现敌人向北逃窜，不顾疲劳伤亡消耗，大胆迂回包围堵击追击敌人，各纵都完成了自己任务”；“指挥员要有机断专行，打歼灭战对敌要狠，对自己在歼灭敌人行动上也要狠，不怕伤亡消耗疲劳，扩张战果”。这些都是晋中战役取得胜利的主要经验，也是徐向前军事指挥艺术的概括和总结。