突然朝着城墙上的日伪军守军发起了攻击。
发动攻击的正是朱光照和他手下的特战队员们，他们提前两天就已经悄悄地潜入了大同城里，在地下党的帮助下，隐藏了起来。这是徐大龙提前制定的作战计划。
战斗打响之后，抗日游击纵队的主力分别进攻三个城门，北面没有城门，日军也投入了很多守军，但是三座城门附近八路军的攻击实在是太猛烈了，他们不得不把部队抽调过去进行增援。
朱光照等人等的就是利用这个时机，十分顺利就拿下了城墙。
他们把早已准备好的绳梯从城墙上顺了下去，埋伏在城外的八路军官兵们在特战中队的掩护下，不断地爬上了城墙。
他们上了城墙之后，又放下了更多的绳梯。绳梯很快在北面城墙上就达到三十多架，成批的八路军官兵迅速地爬上了城墙。
朱光照率领着特战队员们在城墙上阻击日军的增援部队。
他等上到城墙上的八路军官兵数量足够多之后，就开始向日军发起了反击。
随着进入城里的八路军官兵数量越来越多，他们很快就控制了城区的北部，随后继续向其他三个方向攻击前进。
原本城里的日伪军依靠着大同坚固的城墙，还有很强的信心守住城池。等他们看到城北已经被攻破了，顿时就慌乱了起来。
首先崩溃的就是城里的伪军，他们有的四散而逃，有的向八路军投降。
日军的兵力本身就不足，还要分别防守三座城门和三面城墙，现在又不得不分出大队人马来狙击进入城里的八路军，防守城门和城墙的兵力愈发单薄了起来。
不久以后，部分八路军攻进了大同东门，大批的八路军随后蜂拥而入，向城南面和城西攻击前进。
日军的旅团长看到城破了，不停地发电报请求增援。
筱冢义男已经给驻扎在阳泉的第110师团发去了电报，命令他们派兵增援大同的守军。可是他得到的回复是阳泉城遭到了八路军马武山军分区的主力部队进攻，他们根本没有能力抽调援军去增援大同。
筱冢义男没有别的办法了，只能硬着头皮给察哈尔派遣军发出了求援电报。
正如他所担心的那样，察哈尔派遣军的骑兵部队早已经被徐大龙打怕了，他们发誓不再进入山西，而且他们已经发现了在天镇附近，有大批八路军骑兵。
根据他们的经验，知道也只有马武山军分区的部队有这么多的骑兵部队，他们根本没有胆量再跟马武
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