奉命实施第二路攻击的东北军第102师利用关厢建筑物和城外的丘陵地带，分批接近晋绥军的城内阵地，同时分兵绕过东城，向城南的火车站迂回逼近；执行第三路攻击的东北军第105师则由汾河上游渡河，进入城西的汾河西岸，实施对太原的合围。双方骑兵部队在野地奋力冲杀交锋，互相迂回穿插对方后防，死伤都十分巨大。东北军动用轰炸机不停轰炸太原城内的发电厂、自来水厂、兵营、仓库等重要设施，致使城内社会秩序一片混乱。下午，晋绥军第九军第二十七师黄文华部从河北省保定赶来增援太原，抵达乌金山镇一带，东北军第120师在师长石文华指挥下，趁其立足未稳，猛然进攻，以阻拦截杀该部并截断太原通往河北的铁路线，双方反复争夺冲杀，连天的炮火使得乌金山镇迅速化为废墟焦土。如此拉锯式的反复交锋，两师在一个昼夜间来回了十余次，都付出惨重的代价，东北军第120师副师长刘香九在督战过程中踏中晋绥军埋下的地雷被炸成重伤，随后不治而亡，晋绥军第27师的四个团长战死三个。双方连长以下的官兵共死伤七千余人，战事激烈程度在整个中原大战里都是罕见的。
9月19日上午，以大同野战机场为航空兵基地的东北空军再度出动三十多架轰炸机反复轰炸太原。晋绥军第六军副军长兼第十六师师长方克猷在指挥官兵清理城内倒塌建筑废墟并进行城墙缺口修复时，被一架俯冲过来的东北军飞机扫射的子弹击中腹部，随后重伤阵亡。由于方克猷是晋绥军第六军副军长，因此该部官兵纷纷说“副军长阵亡了”，这个说法随后不胫而走地在太原的晋绥军官兵间不停传播，结果以讹传讹，把“副军长”当成了“傅军长”。傅作义此时是太原城防副总司令，同时是晋绥军第十军军长，因此晋绥军很多官兵误以为傅作义阵亡了，因而军心动摇、人心惶惶。傅作义听闻后，不得不冒险在各个部队的阵地上现身并巡视，以此安抚军心。东北军则在当天再度猛攻，扫除了太原城外十多个晋绥军的据点。次日早晨，东北军再度对太原城区发动进攻，苦战一个白天，仍始终未能攻入城区。进攻城西太榆路的东北军第120师第505团死伤惨重，全团三个步兵营的六个正副营长战死三个，受伤两个，团长姜全我上校暗生怯意，准备向师部发报声称“第505团已经丧失战斗力，请求退出战斗”。该团唯一幸存的第三步兵营副营长赵海军少校不满地阻拦了姜全我：“团座，我们团明明还有一千多完好无损的弟兄，怎么能说已经丧失战斗力呢？”
姜全我又好气又好笑：“那我现在把这三个营都交给你，你去进攻好了！”
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