午夜零点，随着三颗红色信号弹尖叫着划破漆黑的夜空，如流星般坠落在大同外围的原野上。第二师的三个突击营，如同三支离弦之箭，悄无声息地扑向日军的防御前沿。他们都是土生土长的晋北人，熟悉每一条田埂、每一道沟壑，甚至能在黑暗中分辨出不同草木的轮廓。
“动作轻点儿，别碰响铁丝网！”突击一营营长李虎压低声音，示意战士们用剪钳剪断日军据点外围的铁丝网。他们的目标是大同城西的五个碉堡群，这是日军阻挡城外进攻的第一道屏障，每个碉堡群驻守着一个日军小队，配备重机枪与掷弹筒，互为犄角，易守难攻。
三连连长陈锐带着爆破组，摸到最北侧的碉堡下。碉堡里的日军还在打盹，柴油发电机嗡嗡作响，探照灯的光束在旷野中来回扫射，观察可能遇到的敌情。陈锐示意两名战士用湿棉被盖住碉堡的射击口，自己则抱着捆好的炸药包，贴在碉堡大门，然后，迅速拉燃引线后迅速翻滚到壕沟里。“轰隆”一声巨响，震得大地都在颤抖，碉堡的钢筋混凝土顶盖被掀飞，里面的日军惨叫着被埋在废墟之下。然后就是接二连三的爆炸声响起，一个一个的碉堡
短短四小时，突击部队以迅雷不及掩耳之势，连续拔除五个碉堡群，毙伤日军二百余人。与此同时，破坏分队炸毁了大同至怀仁的铁路桥与公路桥，切断了日军的外援通道；通讯分队爬上电线杆，剪断了日军的电话线，让大同城内的守备队彻底失去了与外界的联系。城郊的千余伪军被二师浩大的攻势吓得无心恋战，被二师的一个团死死牵制在阵地前，眼睁睁看着日军的外围防线土崩瓦解，却不敢贸然驰援。
凌晨四点，二师师长王小虎向总指挥部发来信号：“通道开辟完毕，可发起总攻！”然后，二道沟洼地中早已经准备多时的kl师做好了冲锋准备，发动机的轰鸣声逐渐汇成一片，如同即将喷发的火山。
“进攻！”随着冯的命令，kl师的装甲集群如钢铁洪流般冲向大同城。36门150mm榴弹炮同时开火，密集的炮火如暴雨般砸在东门与北门的城墙上，砖石飞溅，烟尘冲天而起，形成一道厚厚的灰幕，将半个城池都笼罩其中。
日军驻守大同的军官柴山站在城楼上，看着城外呼啸而来的坦克集群，脸色惨白。他从未见过如此猛烈的炮火，更未想过会遭遇装甲部队的突袭。“给我还击！动用所有能用山炮，迫击炮炸掉他们的坦克！”柴山嘶吼着，但日军的迫击炮口径小、射程近，根本无法击穿虎式坦克厚重的装甲，炮弹落在坦克上，只留下一个个浅浅的白印。
虎式坦克抵近城墙根下，88mm主炮精准轰击着城墙的薄弱部位。东门的城墙在连续轰击下，出现了一道道裂缝，最终轰然倒塌，形成一个宽达五米的缺口。“冲进去！”kl师装甲掷弹兵团团长汉斯一声令下，士兵们搭乘半履带装甲车，冒着日军的零星炮火，从缺口冲入城内。mg42通用机枪的扫射声如撕裂布匹般刺耳，将沿街抵抗的日军成片扫倒，鲜血染红了结冰的路面，日军组织不了一点队伍进行反抗。
北门的战斗同样激烈。kl师的坦克群采用迂回战术，绕到北门侧后方，从日军防御薄弱的地段突破。日军士兵试图用燃烧瓶攻击坦克，但不等他们靠近，就被装甲车上的机枪扫射倒地。城门被坦克撞开，更多的士兵涌入城内，与日军展开巷战，一时间冲锋枪，迫击炮和坦克炮，各种声音混在一起，喊杀声四起。
城内的日军依托街道两侧的建筑，负隅顽抗。他们躲在窗户后、墙角处，用步枪和掷弹筒袭击进攻的士兵。kl师的坦克在狭窄的街巷中难以展开，推进速度放缓。就在这时，二师的主力部队及时跟进，他们化整为零，以班排为单位钻进民房、商铺，与日军展开近距离缠斗。
一名八路军战士背着炸药包，借着坦克的火力掩护，冲到一座日军据守的院落前。他爬上院墙，将炸药包塞进窗户，拉燃引线后迅速跳下。“轰”的一声巨响，院落的墙壁倒塌，里面的日军被烟尘呛得四处逃窜，刚出门就被等候在外的士兵射杀。这样的场景，在大同城内的每一条街巷上演着，八路军的近战优势与kl师的火力优势完美结合，一步步压缩着日军的生存空间。
上午八点，二师已经控制了大同城区的一半区域，日军被压缩至钟楼、火车站和兵工厂三个核心据点。柴山躲在钟楼的地下室里，看着不断传来的伤亡报告，部队接连被灭，部队一点点减少。绝望地拔出了军刀，进行了一次洗礼，以保全名声。
钟楼是大同城内的制高点，同时也是日军的另一个指挥中心。坂本率领三百余名日军，依托钟楼坚固的建筑结构，负隅顽抗。kl师的榴弹炮不会如他们的意，榴弹炮对准钟楼轰击，但钟楼的墙体厚实，多次轰击后仍未倒塌。“让步兵上，用火焰喷射器，让他们暖和一下！”汉斯下令。
kl师的喷火兵携带火焰喷射器，在坦克的掩护下，一步步逼近钟楼。日军从钟楼的窗口向外射击，喷火兵们交替掩护，终于抵达钟楼底部。“开火！”一条条火龙喷涌而出，顺着钟楼的门窗涌入内部。钟楼内传来日军的惨叫声，随着火焰蔓延开来，里面的喊叫声更大了，浓烟滚滚有点日军忍受不了，当起来了飞人。
就在这时，八路军战士王狗发现钟楼西侧有一个隐蔽的地道入口。他立刻带领一个班的战士，钻进地道，从内部突袭。地道内的日军毫无防备，被战士们用手榴弹和步枪肃清。王狗带领战士们冲上钟楼顶层，坂本正挥舞着军刀试图剖腹自尽，王狗发现了一枪击中坂本，干掉了坂本。
上午十点，钟楼据点被攻克。紧接着，部队转向火车站发起进攻。火车站内的日军约有两百人，他们控制了站台、候车室和货运仓库，用重机枪封锁了进出通道。kl师的坦克从正面发起冲击，三师则迂回至火车站后侧，从货运仓库的破窗钻入，与日军展开近战，冲锋枪子弹像雨点一样泼向日军，日军瞬间倒下了一片。
货运仓库内，双方展开了激烈的枪战。八路军战士们手持冲锋枪，与日军拼杀在一起。战士李二牛接连击倒倒两名日军，自己的胳膊也被日军划了一道深深的伤口，但他丝毫没有退缩，继续与敌人搏斗。kl师的士兵也加入了战斗，一瞬间仓库变得拥挤了，冲锋枪不敢开枪了，于是双方和日军展开白刃战，他们的格斗术与八路军的拼刺技巧相得益彰，很快就将仓库内的日军肃清。
下午两点，火车站被控制。最后的战场转移到了大同兵工厂——这座被日军侵占后改造的军工基地，驻守着两百余名日军护卫队，他们配备了大量的重武器，还储存了不少炸药，试图与联军同归于尽。
三师采取了围而不攻的策略。kl师用榴弹炮轰击兵工厂的外围围墙，打开缺口后，三师战士们向厂区内喊话，劝日军投降。但厂区内的日军负隅顽抗，不断向外射击。“用炸药包炸开厂房！”师长赵强下令。八三师的爆破组带着炸药包，在坦克的掩护下，冲到厂房门口，将炸药包贴在门上。
“轰隆”一声，厂房大门被炸开，士兵一拥而入。厂区内的日军疯狂射击，还点燃了部分炸药，试图炸毁厂房。士兵一边灭火，一边清剿日军，经过四小时的激战，下午四点，兵工厂内的最后一名日军被击毙，大同城区的战斗宣告结束。
城区的战斗结束后，三师和kl师兵分多路，对大同城郊的零星据点展开清剿。kl师的装甲分队机动性强，负责扫荡平原地带的据点；八三师则凭借地形优势，用机枪和迫击炮攻克山地里的隐蔽工事。
大同西北的云冈石窟附近，这里有一个日军的小型据点，驻守着一个小队的日军。kl师的一个装甲排奉命清剿这个据点。坦克逼近据点时，日军试图用反坦克步枪射击，但根本无法击穿坦克装甲。坦克直接撞毁了据点的围墙，士兵们冲进去后，发现日军已经全部剖腹自尽——这是日军的洗礼战术，但在绝对的实力面前，显得如此苍白无力。
大同东南的恒山山区，有一处日军的隐蔽工事，里面驻守着五十余名日军。二师的一个营奉命进攻这个工事。山区地形复杂，坦克无法进入，战士们就用机枪迫击炮轰击工事顶部，然后发起冲锋。日军依托工事顽强抵抗，战士们伤亡惨重，但始终没有退缩。营长焦勇亲自带领突击队，冒着枪林弹雨，爬上工事顶部，将炸药包扔进通风口。“轰隆”一声，工事坍塌，里面的日军全部被埋。
傍晚六点，太原日军派出的援军——第33师团第214联队，行至怀仁峡谷时，遭到了二师和kl师的伏击部队的袭击。二师的一个团依托峡谷两侧的山地，用迫击炮和机枪封锁通道，kl师的一个装甲营则从峡谷出口冲入，对日军形成前后夹击。日军的97式坦克在虎式坦克面前不堪一击，很快就被全部击毁，步兵在密集的火力下成片倒下。经过两小时的激战，日军援军被全歼，毙伤日军2400余人，。
深夜十点，大同城郊的最后一处日军据点被拔除。千余伪军见大势已去，全部放下武器投降，三师对他们进行了登记和教育后，让愿意回家的伪军各自返乡。
午夜十二点，大同城内的枪声彻底平息。总指挥部内，冯与林峰和两位师长紧紧握手。“我们做到了，二十四小时，拿下了大同！”赵强师长激动地说。冯点了点头，看着窗外逐渐亮起的灯火，感慨道：“这是一场伟大的胜利。”
然后d军跑步离开了大同，留下了全部的装备。
