在晋冀鲁豫军区第一副司令员徐向前的指挥下，经过72天的浴血奋战，解放军于1948年5月17日攻克坚城临汾，此战毙伤俘敌2.4万余人，第6集团军副总司令兼晋南地区武装总指挥梁培璜在逃跑途中被抓获。
临汾城是太原“绥靖”公署主任阎锡山在晋南的仅存的据点，此战之后晋南全部解放，解放军下一步必然北上晋中。为了应对新的战争形势，晋察冀和晋冀鲁豫部队改编成了华北野战军第一、第二、第三兵团，晋冀鲁豫军区撤销，徐向前任第一兵团司令员兼政治委员，第一兵团副司令员兼副政治委员周士第。
第一兵团由八纵、十三纵、太岳部队及晋绥军区、北岳军区各部队组成，共6万余人，这些部队之前大部分都是晋冀鲁豫的地方部队，但是经过徐向前的训练和指挥及运城、临汾等战役的锻炼，现在这些部队的战斗力可以说就是主力部队的水准。
阎锡山
晋中地区是山西的粮仓，沃野千里，是阎锡山部主要的粮食获取地，如果能够解放晋中，那么山西战事基本就大局已定了。阎锡山当时的策略是“固守晋中，死保太原”等待时局变化，由于粮食收获在即，为了抢夺粮食，阎锡山将全部兵力的五分之四布置在晋中地区，同时还组建了一个由各军精锐、“亲训师”、“亲训炮兵团”共13个团兵力组成的所谓“闪击兵团”。
阎锡山的算盘打得很好，他在晋中有10万的优势兵力，再加上机动兵团可以四处增援晋中各据点，解放军刚刚结束临汾战役伤亡比较大部队也很疲惫，所以他当时是信心十足的。
然而，让阎锡山没有想到的是，在临汾战役结束仅仅一个月，解放军就完成了休整和新的战役准备。6月13日太岳军区的部队攻占晋中南端的灵石县，灵石战略位置重要，有“秦晋要道，川陕通衢”的说法，此地离阎锡山的老窝太原仅150公里。敌“闪击兵团”在阎锡山的严令下火速向解放军相继出现的高阳镇等地扑来。
敌“闪击兵团”的出动正中徐向前的下怀，这支机动部队若被歼灭那么晋中战役之后就好打多了，而“闪击兵团”也骄敌冒进兵分三路，这就非常有利于打歼灭战。6月21日，“闪击兵团”中最精锐的亲训师，亲训炮兵团行进至张兰镇一带时，被解放军八纵、太岳部队主力包围，敌7000余人被全歼。亲训师和亲训炮兵团是阎锡山苦心经营的部队，也是“闪击兵团”的核心，装备是阎军中最好的，这两支部队被歼灭后，阎锡山构建的机动部队实际上名存实亡了。
6月23日，解放军十三纵又在平遥以北包围了阎军第19军军部及40师，经过激战后歼其大部。阎军在其他方向的进攻也被相继打退，阎锡山不甘失败，派遣阎军第七集团军总司令兼野战军总司令赵承绶率第33、第34军和暂编第10总队南下开往祁县、平遥以东地区，试图与解放军主力决战。
赵承绶的南下部队在和解放军的阻击部队交战中伤亡惨重，他也清楚再打下去不仅无法前进而且还有被抄后路的危险，6月30日，赵承绶让所部停止进攻准备北逃，但是徐向前已经先一步于令太岳部队插入敌后进行大规模的铁路破袭战，赵承绶所部想靠铁路回撤是行不通了。
7月6日，赵承绶见北上的铁路已被破坏，于是让各部从榆次、徐沟间方向撤退，但是他的北逃路线早已被徐向前算准，十三纵、八纵的一部穿过敌军左翼，切断了其北逃的道路；解放军其他参战部队也从其他方向陆续赶到，此时的赵承绶犯了一个致命的错误，在被围之初包围圈并不严实，解放军八纵主力还正在赶来，但是他犹犹豫豫忽而让部队分三路突围，忽而又让部队固守待援，最后又叫嚣在被围之地决战。
7月10日，解放军向被围的赵承绶部发起总攻，激战至7月16日，敌野战军总司令部和第33军（缺暂编第38师）、第34军（缺暂编第45师大部）、暂编第10总队等3万余人被全歼，赵承绶、参谋处长杨城、33军军长沈瑞等人被俘。赵承绶部被全歼后，晋中残余的敌军纷纷向太原溃退，解放军乘胜追击一直攻到了太原城下。
晋中战役历时一个多月，战果辉煌，解放军先后共歼敌10万余人（其中阎军主力部队七万余人，地方部队三万余人），阎军赵承绶以下将官16人被俘，师以上将官被击毙9人，阎军第七集团军总部、五个军部、九个整师、两个总队被全歼。此战还缴获了大量的战利品，其中各类火炮3700多门、各类枪支三万余支以及其他物资，晋中的灵石、平遥、介休、祁县、太谷、榆次、汾阳、孝义、文水、交城、清源、晋源、徐沟、忻县等14座县城被解放。
战后，上级来电对晋中战役给予很高的评价：
在向前、士第两同志直接指挥下，由于全军奋战，人民拥护，后方努力生产支前，及各战场的胜利配合，仅仅一个月中，获得如此辉煌战绩，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！
晋中战役是一场经典之战，徐向前以6万部队取得了歼敌10万的骄人战绩，也是徐向前军事生涯中的经典战例之一。