上党地区，不仅物产丰富，经济比较发达，而且战略地位十分重要，其东、西两边的平汉线和白晋线，直接控制着蒋介石运兵北上和阎锡山派兵南犯的通道。因此，打退阎军向上党地区的进犯，无论是对保卫太行根据地，配合在重庆与蒋介石进行的国共谈判，还是从战略上遏制国民党向解放区的进攻，巩固和壮大解放区，都具有重要的现实意义和深远的历史意义。正因为如此，正在延安参加中央工作会议的晋冀鲁豫军区司令员刘伯承和政委邓小平，于8月25日返回太行后，即根据和中央关于保卫上党的指示，决定集中力量，先打入侵上党之敌。为此，迅速调集太行纵队的陈锡联部、太岳纵队的陈赓部和冀南纵队的陈再道部，3个军区的主力及地方兵团一部共3.1万人。与此同时，地方党委和政府也积极行动起来，号召广大青年报名参军，发动干部带领民兵、自卫队踊跃参战，组织5万多人搞支前工作，从而化解了人民军队进行上党战役的诸多不利因素，在物质上，精神上为夺取上党战役的胜利创造了有利条件。

1945年9月10日，上党战役正式打响。战役先从解放长治周围县城开始，首先解放襄垣城，12日攻克屯留县城，17日攻克潞城，截断了长治与太原、平遥的联系。19日再克长子、壶关。9天之内连克5城，歼灭阎军7000多人。这样，长治就成了一座孤城。20日，各路大军将长治包围，24日开始攻城。困守于长治城内的史泽波和续汝楫，连连向阎锡山告急，阎锡山一面打电报给他俩，谓：“上党必守，援军即到，事关重要，务必求胜”（曹近谦、翟品三：《上党战役前后阎锡山援军覆没记》，《山西文史资料》第37辑，第41页）；并命令孙楚连夜召开作战小组会议拟订增援计划；一面要郭宗汾打电报给重庆，要蒋介石派空军支援。9月20日，阎锡山召开军事会议，孙楚在会上说明作战小组拟订的增援计划，最后，阎决定派第7集团军副司令彭毓斌为总指挥，炮兵司令胡三余为副总指挥，带郭溶、张宏、李佩赝等8个师，配属1个炮兵团共2.2万人，自子洪镇沿白晋铁路南下，增援长治守军。阎锡山吩咐他们：“这一仗，只许胜，不许败”。此时，正值晚秋时分，阴雨连绵，道路泥泞，山洪爆发，加上阎军士兵除自带大量弹药外，还给长治守军带了许多弹药，背负过重，他们沿着崎岖的山路进行，一日仅能前进二、三十里，到28日才进抵沁县以南。

刘、邓得知阎军来援的消息后，一方面命令部队继续攻击长治，以吸引阎之援军；一方面立即调太行、太岳纵队主力，兼程北上，以歼阎之援军于运动中。10月2日，阎锡山援军在屯留县属的老爷山、磨盘山地区大部被打援的解放军歼灭，只有极少数逃回沁县。师长郭溶、张宏、李佩赝以及副指挥胡三余等数十名阎军高级军官被俘虏，彭毓斌亦在逃跑途中腿部受伤，因无人救护而死亡。

困守于长治城内的史泽波、续汝楫等，见援军无望，在接到阎锡山的命令后，于10月7日夜趁雨大雾浓，率部弃城分三路突围西窜，企图横穿太岳区，逃回临汾、浮山和翼城。刘、邓当机立断，除令围城部队跟踪追击外，又令太岳纵队直插沁河以西的马壁一带，控制沁河东岸。当初在军事会议上，孙楚曾拟订由汾南高倬之军担任主援，一俟围攻长治之八路军调打白晋线援军时迅即由侯（马）屯（留）公路，直趋长治城下，形成合击。但阎锡山怕高倬之调离晋南，会给胡宗南留下空子，而否定了这个计划，结果，不仅彭毓斌的援军遭袭后，因后方无援而全军覆没，而且从长治逃出来的史泽波所部也因得不到接应，10月10日被八路军堵在沁河东岸的将军岭和桃川地区，所部3个步兵师附1个炮兵营，共万余人，大部被歼。史泽波和第68师师长郭天辛、第37师师长杨文彩等也被活捉，长治警备司令周建祉率残部千余人侥幸逃掉，续汝楫也逃回临汾。上党战役就此结束。