同日，安邑、庙前失守，８小时后，日军抵达运城城下。我军依托古城墙、新建工事与强大轻火力，大量杀伤来犯日寇。虽然在火炮数量上日军占有优势，但是日军却始终无法完全压制我军火力，因为日军战术僵化，先是一阵炮轰，然后步兵冲击（炮步协同比较差）。我军早已掌握规律，隐蔽得当，出击适时。同时我军轻火力的绝对优势，对日寇心理造成极大压力，在日寇眼里，手中的３８式似乎打不死我军（３８式威力有限），而只要我军枪声一响（中正式），日军马上倒下一大片。山田鉴于战场形势，不得不命令暂时停止攻城。
夜里，一队鬼子摸到我军工事前，刚杀死一个巡逻兵，就听见一阵铃铛响，引来了立体、密集的火力网射击，５分钟内全部阵亡。原来，郝梦龄为了防止日军夜间偷袭，在每个巡夜的哨兵要上隐蔽地挂了个铃铛，人站着或一般走动时是不会响的，只有在剧烈运动时才发出声响。由于日军把人做了之后放倒，动作幅度较大，所以才铃声响起。而日军指挥部当时由于偷袭部队全军覆没，所以一时也没搞明白有什么玄机，只得下令以后夜里不要偷袭。
经过６天激战，１２师团丝毫没有进展，所以山田不得不调１３师团与１２师团配合，分别由安邑、庙前分两路向运城进攻。在总体１：８的绝对兵力劣势下，我军在付出巨大伤亡后勉强坚持到天黑。郝梦龄觉得再坚持下去意义不大，而且一旦敌人进城与我军展开巷战，那么连从容撤退的机会也没有了，于是让孙业繁旅长当晚向西南撤退到中条山。孙旅长考虑到日军最近由于偷袭失败，可能不太会在夜间有所行动，但是为了以防万一，还是派了一支规模不大的敢死队，对日军１３师团驻地进行偷袭，虽然偷袭失败，敢死队几乎全军覆灭，但日军把注意力放到了加强夜间巡逻上，决心第二天一定要拿下运城。
１２日，战场上格外冷清，山田意识到我军可能于夜里逃跑了，于是派了一个大队向黄河方向搜索一下，再决定是沿中条山东进还是沿黄河东进。当一个大队刚进入中条山，被我侦察兵发现，郝梦龄非常高兴，他就盼着日军能快些南下黄河，进入自己的伏击圈，本来事情也向郝梦龄想象的发展，日军一开始并没有察觉到我军的埋伏，但此时发生了一件意外：一个日本兵的枪突然走火，本来也没什么大不了的，一件很正常的事情，但狡诈的大队长发现这次不像以往，在茂密的山岭中，只是三三两两飞出了几只受惊吓的鸟而不是以前的一大批，并由此推断山中有大批中国军队埋伏。当他把这一情况向山田报告后，谨慎的山田认为宁可信其有，不可信其无，加上客观上沿中条山东进更稳妥。于是放弃饮马黄河，并在一周以后顺顺当当地到达晋城。而运城作为部队前进的重要补给枢纽，由２０师团负责守卫。
毛泽东认为时机已到，命令４１军、８３军、５１军各派遣２个师分别在运城――晋城、太原――运城、太原――晋城一线破坏日军补给线，７２军牵制日军１２、１３师团，５３军依托五台山、太行山骚扰大同――太原一线，所有任务与日军补给线有关的部队切记不得完全切断日军补给，要让日军吃不饱、饿不死。
接下来一个月，日军被毛泽东的战术搞得叫苦不迭，由于兵力有限加上补给线长，还要确保重点城市安全，虽然没有大的战斗，但每天要被敲掉几十人不算，补给只能提供标准量的一半，部队缺药少饭。山田乙三不得不请求日军总部尽快派至少５个师团，而日军总部为了达到南下后东进的目的，派遣了８个师团南下，并另外调集了５个师团集中在第１路军正面，准备在３个月内南北夹击并吃掉第１路军。率先出发的第２、６、７师团分别到达忻州、临汾、长治三个地区作为补给线的主支撑点，并对周围进行辐射清剿，确保补给线安全。同时，由于坚壁清野，山西各地的人口很少，主要城市除了些地主及相关人员，很难找到其他人，为了腾出野战兵力，日寇在东北加紧操练伪军，计划在９月初接替一般地区的防务。毛泽东命令各部队减少对补给线的破坏力度，让日寇得到可以支持一场大的战役的补给量，并产生山西境内我军减少的错觉，加快向晋南增兵的速度。同时，长春日军中国派遣军总部也制定了由晋城（５个师团）、太原（４个师团）分南北两路东进的计划，正在向预定地点迅速集结兵力。南京统帅部认为时机已到，准备“黄河分流”。
附：文中中、日、伪军队师级编制人数及主要轻装备简介（１９３５～１９４１，数字为作战人员数）：
我军：
中央禁卫师：３２０００左右，Ｋ９８Ｋ步枪，伯克门式（ＭＰ－３８）9MM冲锋枪，ＺＢ－２６轻机枪、二四式水冷重机枪（仿制马克沁）、防毒面具、Ｍ－３５钢盔。
解放军：
每个师１８０００左右；１、４路军：中正式（仿制德Ｋ９８Ｋ）步枪，毛瑟２４步枪、ＺＢ－２６轻机枪，汤姆逊冲锋枪、二四式水冷重机枪、防毒面具、Ｍ－３５钢盔（一半）。其他：没有中正式步枪与防毒面具，Ｍ－３５钢盔（极少数），毛瑟２４（极少数），汉阳造（多数）其余装备相同。
国防军：
每个师１２０００左右；装备汉阳式步枪、ＺＢ－２６轻机枪。
日军：
１～２０师团：２５０００～２７０００人左右。
２１～？师团：１２０００左右
关东军：１５０００左右
装备３８式步枪、歪把子轻机枪、９２式重机枪、防毒面具、钢盔。
伪军：每师８０００左右；老套筒步枪。
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