旅警戒部隊和獨二旅偵察隊消滅。這一戰鬥，全殲守敵2200名，而我軍只傷亡71人，以較小的代價奪取了重大的勝利。
晉北野司把攻克崞縣情況向晉綏首長報告後，賀龍極為重視，並將其經驗歸納為四條：一，集中火力，突破一點；二，登城後，有準備地擊退敵人的反衝擊；三，預先劃分各部隊進城後的作戰區域；四，敵人將肅清時，我軍主力應迅速集中，以便打援和追擊。這些經驗報軍委後，毛主席非常重視並批示：“攻崞經驗甚好，望通報張坦、太行及陳賡，以供參考。”
晉北野戰軍取得的勝利，使閻錫山甚為不安。他自己也意識到原部署的弱點，遂變“分兵把守支點”為“集中固守要點”，立即收縮兵力，急令原平、忻口、五臺、定襄、河邊等處守軍迅速收縮到忻州。忻州的守軍增加到8000餘人，包括第十九軍軍部、第三十七、三十九和第四○師各一部及一些保安部隊。
晉北野戰軍主力南下，於7 月16日接近忻州。賀龍告訴周士第：閻錫山怕丟了忻州，危及太原，很可能調兵增援，那時，你們可以打援，在野戰中消滅敵一部，併力爭將敵各個擊破。
忻州城即將有一番苦戰！
忻州是太原的“北大門”，是敵關南區總指揮部所在地，由第十九軍副軍長於振河、日本軍官少將今村指揮。敵人把日軍經營多年的城防工事增修加築，配以重兵防守。在忻州外圍，敵以三分之一兵力配置在匡村、營盤、車站等處，每處數百人至千餘人。城週數百米內構築了大批護城碉堡，每個碉堡直徑有一丈多，高三丈多，能容納約一個排的兵力，敵軍稱其為“望樓式碉堡”，而晉北野戰軍則稱為“水蘿蔔碉堡”，在據點、碉堡川城牆外皆挖有深寬各丈餘的外壕和護城壕，壕內灌注泥水，據點、碉堡與城內挖有暗道相通，便於相互聯絡、支援，地面開闊處鋪設了大量絆雷、拉雷、觸發地雷。忻州四面都是高大堅固的城牆，牆頭架設雙層電網，築有掩蓋工事，城角突出部挖有高高低低的火力點形成交叉火網，城西門、南門均被堵死，只留東、北兩門進出。當晉北野戰軍向忻州靠近時，閻錫山就十分驚恐。他於7 月15日派其第七集團軍總司令趙承緩從太原到忻州，為守城官兵打氣。趙
承綬到忻州後，向守軍訓話稱：“如果忻州失守，太原將不保，守忻必守城，否則忻州尤難守。”
他訓完話，巡視了一下守城部隊，第二天就跑回太原。為穩住軍心，閻錫山下令槍斃了首失朔城、隻身逃跑的朔縣指揮李義龍，禁閉了連丟寧武、繁峙、代縣、崞縣的第四十師師長王乾元。與此同時，閻錫山急調第六十八師師長許鴻林率兩個團北上增兵忻州。
晉北野戰軍獲悉許鴻林率兩個團急援忻州的情報後，周士第司令員根據賀龍的意見，迅速作出“圍城打援”的部署，以一個旅在忻州外圍監視敵人，主力八個團南下打援。
7 月22日夜，當敵增援部隊進至平社時；我打援部隊向平社東南敵山頭陣地猛烈攻擊，相繼奪取了六個陣地。敵軍於23日晨向南竄逃，正好遇到預先佈置在那裡的我三十六團堅決堵擊，被打得丟盔卸甲，四處逃散，只有敵師長許鴻林等200 多人逃脫。我殲敵約2000人，繳獲山炮三門、迫擊炮二門和大量輜重物資。
平社戰鬥的勝利，使太原之敵再也不敢派兵來援，而忻州守敵盼援無望，只得作困獸之鬥，一面固守城池，一面向城外我軍陣地反擊以圖打破包圍。
閻錫山見地面救援未能成功，改派飛機一日數次向我轟炸掃射，並向城內空投補給。
賀龍決心乘勝攻佔忻州，命令在離石的獨四旅旅長頓星雲、政委楊秀山率兩個團即刻北上，加入晉北野戰軍，增加攻城力量。
7 月28日，晉北野司召開前委擴大會議，研究攻忻部署。根據敵人的部署，晉北野戰軍前委擴大會議討論決定，於7 月31日晚攻打忻州城，由獨二旅打南關之敵並從南面攻城，第十一旅攻打匡村、營盤並從西北面攻城，獨四旅為預備隊並在東南、西南面佯攻，晉察冀第二軍分割槽部隊從東北面攻擊並牽制敵人。
7 月31日晚，下起了傾盆的大雨，我軍各部隊從預定方向運動，經過激烈的戰鬥，獨二旅將南關之敵掃清，並拔掉了城外幾個碉堡，第十一旅攻入匡村、營盤敵軍陣地，但因雨大路滑，部隊機動相當困難，加上敵工事堅固，待部隊接近城牆時天色漸亮，不便繼續攻城，野司決定各部隊撤出戰鬥，返回原出發地休整。
天亮後，正當攻城部隊有組織地返回時，傳來飛機轟轟