在晉冀魯豫軍區第一副司令員徐向前的指揮下，經過72天的浴血奮戰，解放軍于1948年5月17日攻克堅城臨汾，此戰斃傷俘敵2.4萬餘人，第6集團軍副總司令兼晉南地區武裝總指揮梁培璜在逃跑途中被抓獲。
臨汾城是太原“綏靖”公署主任閻錫山在晉南的僅存的據點，此戰之後晉南全部解放，解放軍下一步必然北上晉中。為了應對新的戰争形勢，晉察冀和晉冀魯豫部隊改編成了華北野戰軍第一、第二、第三兵團，晉冀魯豫軍區撤銷，徐向前任第一兵團司令員兼政治委員，第一兵團副司令員兼副政治委員周士第。
第一兵團由八縱、十三縱、太嶽部隊及晉綏軍區、北嶽軍區各部隊組成，共6萬餘人，這些部隊之前大部分都是晉冀魯豫的地方部隊，但是經過徐向前的訓練和指揮及運城、臨汾等戰役的鍛煉，現在這些部隊的戰鬥力可以說就是主力部隊的水準。
閻錫山
晉中地區是山西的糧倉，沃野千裡，是閻錫山部主要的糧食擷取地，如果能夠解放晉中，那麼山西戰事基本就大局已定了。閻錫山當時的政策是“固守晉中，死保太原”等待時局變化，由于糧食收獲在即，為了搶奪糧食，閻錫山将全部兵力的五分之四布置在晉中地區，同時還組建了一個由各軍精銳、“親訓師”、“親訓炮兵團”共13個團兵力組成的所謂“閃擊兵團”。
閻錫山的算盤打得很好，他在晉中有10萬的優勢兵力，再加上機動兵團可以四處增援晉中各據點，解放軍剛剛結束臨汾戰役傷亡比較大部隊也很疲憊，是以他當時是信心十足的。
然而，讓閻錫山沒有想到的是，在臨汾戰役結束僅僅一個月，解放軍就完成了休整和新的戰役準備。6月13日太嶽軍區的部隊攻占晉中南端的靈石縣，靈石戰略位置重要，有“秦晉要道，川陝通衢”的說法，此地離閻錫山的老窩太原僅150公裡。敵“閃擊兵團”在閻錫山的嚴令下火速向解放軍相繼出現的高陽鎮等地撲來。
敵“閃擊兵團”的出動正中徐向前的下懷，這支機動部隊若被殲滅那麼晉中戰役之後就好打多了，而“閃擊兵團”也驕敵冒進兵分三路，這就非常有利于打殲滅戰。6月21日，“閃擊兵團”中最精銳的親訓師，親訓炮兵團行進至張蘭鎮一帶時，被解放軍八縱、太嶽部隊主力包圍，敵7000餘人被全殲。親訓師和親訓炮兵團是閻錫山苦心經營的部隊，也是“閃擊兵團”的核心，裝備是閻軍中最好的，這兩支部隊被殲滅後，閻錫山建構的機動部隊實際上名存實亡了。
6月23日，解放軍十三縱又在平遙以北包圍了閻軍第19軍軍部及40師，經過激戰後殲其大部。閻軍在其他方向的進攻也被相繼打退，閻錫山不甘失敗，派遣閻軍第七集團軍總司令兼野戰軍總司令趙承绶率第33、第34軍和暫編第10總隊南下開往祁縣、平遙以東地區，試圖與解放軍主力決戰。
趙承绶的南下部隊在和解放軍的阻擊部隊交戰中傷亡慘重，他也清楚再打下去不僅無法前進而且還有被抄後路的危險，6月30日，趙承绶讓所部停止進攻準備北逃，但是徐向前已經先一步于令太嶽部隊插入敵後進行大規模的鐵路破襲戰，趙承绶所部想靠鐵路回撤是行不通了。
7月6日，趙承绶見北上的鐵路已被破壞，于是讓各部從榆次、徐溝間方向撤退，但是他的北逃路線早已被徐向前算準，十三縱、八縱的一部穿過敵軍左翼，切斷了其北逃的道路；解放軍其他參戰部隊也從其他方向陸續趕到，此時的趙承绶犯了一個緻命的錯誤，在被圍之初包圍圈并不嚴實，解放軍八縱主力還正在趕來，但是他猶猶豫豫忽而讓部隊分三路突圍，忽而又讓部隊固守待援，最後又叫嚣在被圍之地決戰。
7月10日，解放軍向被圍的趙承绶部發起總攻，激戰至7月16日，敵野戰軍總司令部和第33軍（缺暫編第38師）、第34軍（缺暫編第45師大部）、暫編第10總隊等3萬餘人被全殲，趙承绶、參謀處長楊城、33軍軍長沈瑞等人被俘。趙承绶部被全殲後，晉中殘餘的敵軍紛紛向太原潰退，解放軍乘勝追擊一直攻到了太原城下。
晉中戰役曆時一個多月，戰果輝煌，解放軍先後共殲敵10萬餘人（其中閻軍主力部隊七萬餘人，地方部隊三萬餘人），閻軍趙承绶以下将官16人被俘，師以上将官被擊斃9人，閻軍第七集團軍總部、五個軍部、九個整師、兩個總隊被全殲。此戰還繳獲了大量的戰利品，其中各類火炮3700多門、各類槍支三萬餘支以及其他物資，晉中的靈石、平遙、介休、祁縣、太谷、榆次、汾陽、孝義、文水、交城、清源、晉源、徐溝、忻縣等14座縣城被解放。
戰後，上級來電對晉中戰役給予很高的評價：
在向前、士第兩同志直接指揮下，由于全軍奮戰，人民擁護，後方努力生産支前，及各戰場的勝利配合，僅僅一個月中，獲得如此輝煌戰績，對于整個戰局幫助極大。現在我軍已臨太原城下，最後地結束閻錫山反動統治的時機業已到來。希望你們繼續努力，再接再厲，為奪取太原，解放太原人民而戰！
晉中戰役是一場經典之戰，徐向前以6萬部隊取得了殲敵10萬的驕人戰績，也是徐向前軍事生涯中的經典戰例之一。