城西的日军是当天早上由工兵连夜在汾河上搭建的一座浮桥上渡过汾河的，其目的是夺占汾河大桥，切断隔岸的中国军队与太原城内守军的联系。其兵力为一个步兵大队和一个工兵大队。 在整个战役大局已定的情况下，而且又有十二集团军和城墙上的机枪助阵，卫立煌部的那个旅也发挥了超强战力，所以又经过了两个多小时的激战，到晚上八时许，越过汾河的日军便被全部消灭。 而城北外最后的两千余名日军，则被进一步逼压在了东西长七百多米，南北宽五百多米的范围内，在这个距离上几乎所有的步兵武器都可以发挥作用了。 于是六十五军的部队就停止了步兵的进攻，借助照明弹和阵地上的火光，利用数百挺机枪和数千支步枪对被包围的日军展开了打靶般的射击，而几十辆坦克和装甲车则轰隆隆的闯入敌阵，用履带和机枪无情的吞噬着日军的生命，那些妄图袭击坦克和装甲车的日军，无一不是刚抬起身来就被不知来自何方的子弹所击中。 这样的单边屠杀只进行了三十多分钟，阵地上的枪声就渐渐的停息了下来，六十五军士兵随后便排成散兵线，开始小心翼翼的打扫起战场来。 而此时太原城的各处城门也突然大开，数千名晋绥军的官兵瞬间就蜂拥而出，玩命般奔向了战场的各个角落，打着火把或手电筒与十二集团军争夺起战利品来。 由于利于战利品设立附加抚恤基金的计划公布之后，十二集团官兵对战场上日军的遗弃武器及物品非常看重，前面的仗还在打，后面就有部队跟着开始扫荡起战场，所以尽管晋绥军们极力的搜寻，但除了那些拿不动的大件残骸以外，其余的东西已所剩无几，气得晋绥军士兵反而倒大骂遭了蝗灾。 经过对战场认真的清理，独立三师终于找到了日军第三十一旅团少将旅团长谷滕长英切腹自尽后的尸体。 而六十五军费尽周折只找到了日军第五师团二十一旅团旅团长三浦敏事戴有少将肩章的一块上衣碎片，料想其身体已经被炮弹撕成了碎块。 由于确认南同蒲铁路因两列列车相撞造成瘫痪，弹药肯定无法在天明前送上来，所以谢昌云只得放弃了第二天再围歼一部日军援军的计划，向廖广泽下达了部队迅速向南转移至晋中和太谷间休整的命令。 半夜一点，十二集团军连太原城的边都没挨，就挟裹着阎锡山提供的二百余辆汽车和五百余辆大车，从阵地上撤了个一干二净。 三十八军十七师和教导旅也接到了谢昌云以前敌副总指挥身份直接下达的命令，随十二集团军一起撤离了太原。 而有了底气的晋绥军一个旅和中央军的一个旅，则越过了汾河进入城内加强城防。 直到这时赵寿山等才知道，原来十余天以来的作战和调动都是谢昌云在背后指挥的。 这次战役，十二集团军阵亡了一千六百二十四人，重伤一千三百一十四人。 战绩方面，不计十八集团军等部沿途袭扰敌军所获战果，十二集团军会同友军与苏联援华自愿航空队，共消灭了日军第五师团二十一旅团和一个骑兵联队、一个野炮联队、一个工兵大队，第一零九师团三十一旅团（欠一个大队）和一个炮兵联队、以及第二十师团的七十九联队，共计二万二千多人。 连同在沪杭线被消灭的第九旅团（国琦支队），日军第五师团除少量辎重和辅助部队之外，其主力Ｍ.ｌｚ1915.ｃOM