九月十日，战役正式发起。太行纵队首攻屯留，太岳、冀南纵队设伏打援。十一日，长治守军出动六千人增援屯留，中途稍与打援部队接触，即畏惧被歼而退缩长治。
十二日，攻克屯留。十三日，太岳纵队攻击长子县城时，以太行、冀南纵队打援。但长治守军不敢出援，打援意图无法实现。上级即放弃打援计划，令各部迅速夺取外围各城。
驻扎在县城的壶关县长李洲将原来的日伪军改编为“爱乡团”第二营。其建制为：设少校营长、上尉副营长、少尉副官、军委三级书记、上士文书、中士卫士、中士司号、饲养（内勤马夫）各一人；一等兵（传达）五人，二等兵（炊事员）二人；共计十五人。
营下属三个连：四、五、六连。四连配属：连部有：上尉连长、准尉特务长、上士文书、各一人；一等兵二人（其中有一名传令兵），另有司号员一人。
连下三个排，每排配属三个班，全连共计一百零二人。五连配属：连部十一人，下属三个排，每排三个班，每班多者十二人，少者十人，共一百零九人。六连配属：连部九人，其中，三个排，一排三个班二十二人，二排三个班二十二人，三排一个班十一人。
壶关县武委会率dú • lì 营、区干部、民兵配合太行军区部队，已经包围了壶关县城，县城的阎军虽然占据在城里，但已是固守孤城，苟延残喘。
九月上旬，固守在县城的李洲，接到报告称：襄垣、屯留、潞城等相继告急，八路军大队正在集结，一方面向长治进军，一方面准备围打壶关县城。
李洲听后惊慌失措，便同那位营建军委员联系，毫无音讯。据说:该营营长已经回到长治，他接到的命令是，必要时撤离壶关，固守长治县城，以待撤兵。
李洲听后心中盘算，为什么这样大的情况，史泽波、续济川不来个紧急通知呢？正在犹豫间，传来史泽波亲手接的阎锡山复电，称：“上党必争，潞安必守，援军必到，叛军必败。”并告知已派彭毓斌率部前来长治解围。
李洲将信将疑，回到指挥台后，一面摧促他的贴身人马，准备于万一情况中随军撒退至长治城内，一面召见日伪县长周吉章和警备队长万民绪，商讨固守壶关的决策。
最后决定，命警备队守东、南、北各城墙及城门，李洲所领导的人员及武装守西城墙及城门。
李洲下令：全城城门紧闭，只留一扇西门，以备使用。他估计八路军只用手L弹和黄色炸药，绝对攻不开壶关县城，况且壶关离长治很近，必要时突围去长治。
八路军民兵武装围困县城已两天两夜，八路军做试探性的爬城墙，均未爬成。警备队和李洲领导下的武装，子弹没有了来源，受了伤的又不能在城里治疗,危急万分。
八路军攻打县城的阵势已达**，日伪县长周吉章在城上告急，这是程高松挑拨他的，说是现在走还有机会，等到八路攻城时间再走就迟了。
周吉章走了，李洲对他也没有奈何，要是他走了，阎锡山会军法从事的。于是周吉章还亲自告诉李洲：今晚突围了，到长治再说。
其实是八路军专门按照程高松的意思给周吉章腾开了个出路和逃跑的时间，以减少敌人的兵力。
等周吉章带兵逃到了城外，就被我埋伏在那里的民兵生擒了。
九月十七日，八路军三十二团、壶关dú • lì 营及民兵，还有抗日爱国小组的百余人，已经把壶关城团团围住，虽然没有接到攻城命令，却不让一个城里的敌人溜走。
十八日晚八时，太行军区三十二团、四十六团、三十四团、冀南军区二团从各自待命地出发，于十九日二时许，在壶关地方武装的大力配合下包围了壶关县城。
在攻城总攻命令发出前，攻城指挥部就已经安排好攻城战斗方案，由三十二团为主力攻南门，黎城dú • lì 团攻西门和北门（西门没开），地方武装封锁东门，对面的猪嘴山由冀南部队负责伏击长治来援之敌，不准长治方向的敌人来增援，不许城里的敌人向长治方向逃窜。
十九日（农历八月十四）五时，解放壶关城总攻开始，先由dú • lì 营刘达飙连做先锋开始进攻南门。
由于敌人把重兵摆在东南角，居高临下，地势有利，二连战士损失严重，牺牲挂彩了五人。营部命令刘达飙带一个排跟上，又牺牲挂彩了三人。
刘达飙（刘宝库）带队第三次爬上城墙，这次他们选择的位置好，敌人的机枪打不到，而我们架上机枪可以控制住城东南角上的敌炮楼，控制了制高点。
这时发现几十个敌人从跑楼下的一个小门里往外跑，八路军的火力一开始，炮楼内和逃跑的敌人就缴了械，因为炮楼里缴械投降的有八路军的策反人员。
三十二团用“八二”迫击炮平射轰击，摧毁南门城楼上之敌，紧接着，爆破组在火力掩护下，用铡刀砍开铁丝网，并将城门炸开，突击部队乘势攻入城内。同时北门、东门的战斗也迅速打响，攻入城内。
晚上十时，攻城战斗胜利结束。
那天下午，八路军把壶关城围的水泄不通，对长治已中断联络，天气有些阴沉，警备队长万民绪、警察局长王华斋催县长向长治方面联络求救，李洲糊涂其词，命他们坚守城池，不能有丝毫他念，现在只有等待长治的援兵，当会解围。其实李洲知道这已经是不可能的了，败局已定，听天由命。
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