步开始崩溃，已经出现整营、整营的敌军缴械投降。在双塔寺和卧虎山先后失守之后，城外的敌军阵地更是出现了总崩溃的局面。守敌部署在城外的十二个师，不是被歼灭就是试图向城内溃退。
战至二十日午夜，整个太原城外围防线，除了城北还有少部分抵抗之外，其余的守敌大部分被歼。只有少部分腿快的，边打边撤勉强挣扎撤回了城内。在解决了太原城最后一道外围防线之后，各部队陆续在炮火的掩护之下开始攻城。
而进城部队在攻占城东仓库区之后，并按照总部的命令，向太原兵工厂一线快速攻击前进，先后夺取了太原兵工厂等一系列重要目标。并派出部队配合其他几个方向的攻城部队，先后夺取了太原南北两个方向大部分城门。
战至二十一日清晨，各方向的参战部队已经陆续冲进城。至在二十一日中午，进城的军主力一部，攻占守敌总司令部。生俘太原守敌所有指挥官，并一批所谓日军顾问。随着太原守敌指挥系统被彻底的端掉，城内外还在抵抗的少量敌军，彻底的丧失了抵抗下去的意志。
至二十一日黄昏，城内外成建制还在抵抗之敌，陆续开始放下武器。至二十二日零时，伴随着太原城内的最后一声枪响落下，整个太原城内已经再无一丝抵抗。至此，从四八年十月分打响到现在，进行了六个月漫长苦战的太原战役，正式宣告彻底的结束。
太原这座在平津战役结束后，已经成为华北最后一座还在南京方面控制下的城市，正式宣告解放。同时也宣告了那位山西王，在山西长达四十年统治彻底的结束。整个华北，成为了一片红色海洋。
虽然没有能够端掉敌军司令部，活捉守敌司令官。但李子元指挥的部队，却是除了是第一支攻入城的部队之外，还完整的夺取了整个太原兵工厂，以及太原发电厂。太原战役，李子元成为参战的三个兵团十个军，以及晋中、吕梁等地方武装中，战果最大的一个。
仅仅山野炮和重迫击炮，李子元所部就缴获了一百多门。轻重机枪的数量，更是堆积如山。至于弹药，那就更不用说了。就连眼下同样已经解放的南京，在二月份空运过来的一批美械轻武器也成了李子元的战利品。
此战过后，李子元的部队每个班，都配发了两支汤姆森*。师属炮兵除了原有的山炮营之外，还增加了一个晋造重迫击炮营。各团八二迫击炮的数量从四门增加到了八门，每个连都配备了两门六零迫击炮。
肃清太原城内残敌之后，按照老总的命令。参战各部队抓紧时间打
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