经过紧张的准备，1947年10月8日，晋冀鲁豫野战军第8纵队发起了第二次运城战役。军区于15日曾电示第8纵队王新亭等：“只要有把握攻下运城，支付一千人乃至更多的代价，也是值得的。……打下运城不仅解决我区财经问题，尤可夺取大量武器装备自己”。10月30日，攻城部队已基本扫除城外据点。11月3日，第8纵队正准备攻城之际，胡宗南拟南调增援陇海路之钟松第36师4个旅1.5万余兵力北渡黄河增援运城。晋冀鲁豫军区遂上报中央军委：“如敌北援，我决以三至四个团坚守运城外围阵地，以主力八至九个团歼灭援军一部或大部”。12日，钟松率部从平陆县矛津渡过河驰援运城，其先头部队已突破运城前线阻援部队阵地。有鉴于此，15日第8纵队撤离运城外围，准备到平陆地区打援。于是钟松部与运城守军汇合，准备南逃。17日，第8纵队、太岳军区部队和西北野战军第2纵队在王新亭、王震指挥下，采取两翼夹击战术，将钟松部包围在平陆县七里坡、杜村、马村地区，经数日激战，至20日歼敌2700余人。因地形对8纵队等部不利，未能将敌全歼。战后，西北野战军第2纵队在临晋、猗氏地区休整。第8纵队在运城附近夏县等地休整，并监视运城之敌，总结二打运城和平陆打援的经验教训，展开练兵运动，为最终解放运城进行准备。

1947年12月1日，王新亭、王震从晋南前线到达河北武安县冶陶镇（晋冀鲁豫军区驻地），与徐向前商讨最后攻取运城的战略方案。方案上报中央批准后，12月5日，晋冀鲁豫军区组成了运城前方指挥所（以下简称“前指”），王新亭任司令员，王震任政委。参加此役的部队有西北野战军第2纵队、晋冀鲁豫野战军第8纵队、晋绥独3旅，晋冀鲁豫军区炮1团及太岳第二、三军分区4个基干团，共4万余人。27日，围城部队向运城发起总攻。经彻夜激战，终于攻克运城。此役共歼灭胡宗南正规军及阎锡山的保安团队共1.5万余人，于围攻运城的同时，西北野战军第2纵队教导旅，在安邑、夏县等5县游击队的配合下，也发起了对安邑县城的进攻。28日，守敌2000余人弃城北逃时，被全部歼灭，安邑宣告解放。

运城战役的胜利，隔断了胡宗南、阎锡山的联系，有力地支援了太岳兵团和西北野战军的作战。同时，缴获了大批枪械物资，并且由于控制了广大农区和潞村盐地，从而使运城地区成为在经济上支援解放军向西北和豫鄂进军的坚强后方。运城解放后，就把缴获的武器弹药、粮油、汽车、军需品等很快运到豫西，支援了正在豫西作战的陈谢兵团，还给他们补充了一批“解放战士”。

运城失守后，阎锡山认为，解放军下一个进攻的目标一定是临汾。因为在1947年9月二打运城之前，晋冀鲁豫野战军第8纵队第23旅和太岳第二军分区部队，曾向临汾外围出击，一度攻入距临汾机场200米的茹村，歼灭胡宗南1个营。而运城失守后，胡宗南为策应西北战场作战，陆续将残留运城地区的部队调往陕北，同时还准备把驻守临汾的第30军两个团运至西安。有鉴于此，阎锡山遂调驻介休一带的第66师徐其昌部前往临汾，配合驻临汾的梁培璜第61军和胡宗南部以及地方保安团队，加强对临汾的防守，守城部队共约2.5万人。阎锡山企图保住临汾这一据点，并进而“收复晋南”。