陈赓进城到达县政府，立即听取太岳第二军分区参谋长邓世俊的汇报。当说到攻打县政府中，敌人有一个火力点负隅顽抗，造成战士的伤亡，待拿下这个火力点后，气愤的战士枪毙了几个俘虏，陈赓的脸色就严肃起来。立即批评说：“这种做法是非常错误的。只要敌人放下武器，就不能杀他们，都应该懂得这是党的政策，谁都不能违犯。”
整个战斗于午夜结束，守城之敌被全歼，敌挺进第二纵队司令白映蟾被活捉。
9月19日早饭后，陈赓召开干部会议，听取各部队作战情况及经验介绍。接着，他带领大家围城绕了一圈，边走边说：“在军校学习，是进行沙盘作业，现在刚打过仗的真战场摆在这里，我们为什么不利用它呢？”
到了西城门，在被炸开的豁口面前，陈赓叫大家停下来，听楚大明的现场讲述。接着陈赓就在这里作了这次战斗小结，归纳了六条经验：一、先攻占城关，使攻城有依托；二、周密组织火力，用轻重机枪压制敌人火力点，掩护投弹组大量投掷手榴弹，造成火海，使敌人无还手之力；三、充分准备攻城器械；四、推广第二十团楚大明开辟新通道的经验，以减少自己的伤亡；五、入城后，突击连长和旅、团、营指挥员屁股后面，都要跟一部电话，以便随时进行联络；六、攻城战斗一定要掌握预备队，宁可有预备队用不上，也不要需用时没有而抓瞎。这种趁热打铁、实地总结的经验，是攻坚的ABC，使打惯了游击战的大家受益匪浅。
与此同时，友邻部队也先后攻克了襄垣、屯留、壶关、潞城等县城，消灭了上党阎军总兵力的1/3，只剩下长治市一座孤城了。该敌正日夜赶修城内外工事，企图最后挣扎。这时，刘、邓首长发出命令，要求各部队以“勇猛速决之作战夺取长治城。各部应于9月23日前深入侦察工作，24日22时开始攻城。”
刘、邓亲临太岳纵队指挥部，听取陈赓汇报，并把攻占长治市北关的任务交给太岳纵队。陈赓考虑：决一旅的第二十五和五十七两个团，在长子县攻城战中，主要任务是打援，因为援兵未来而轮空，指战员求战心切。他就把夺取北关的任务给了决一旅。
长治是上党地区首府，城高壕深，城周围地形开阔，易守难攻。纵队部署：首先由决一旅攻占北关，而后协同友军攻城。北关是长治的屏障，是敌人防守的重点。攻占北关既是为攻城扫清外围主要障碍，也是为调动敌人出援，以便在野战中歼灭之。9月20日，李成芳带领各团团长到长治北关附近进行侦察，确定战斗部署后，当天趁夜暗，以勇猛迅速、出其不意的奔袭手段一举突入关内。
事前，陈赓认为：在长治东、西、南三关均未占领的情况下，北关争夺必然激烈，就特地向李成芳交代：“在敌人气势汹汹面前，我们一定不能软，稍一软，敌人的攻击就会更嚣张。”果然不出所料，北关的争夺非常激烈。第五十七团一营负责歼灭北星阁、石灰窑之敌。北星阁是北关连接关外的重要通道，是敌防守重点，有主碉、地碉、暗碉、外壕、地雷、铁丝网等较完善的防御设施。守敌为一个加强连。一连奉命攻占北星阁，激战一夜，未能攻克。三任连长先后牺牲……当时苏策随部队到北关，写过一篇通讯，报道第二十五团的一个连队，在北关和敌人反复进行的《九公尺的争夺》。22日晨，西关也被决一旅攻克。
三、冲上老爷山
长治城被太岳纵队围得水泄不通。陈赓命令部队修筑交通壕，隐蔽接近长治城墙，准备在北关登城。此时，忽然下起瓢泼大雨，挖出来的交通壕变成了水沟，于是登城的准备不得不暂停下来，大家都非常着急。
当然，敌人更着急。长治守军为阎锡山的第十九军和地方反动武装约11000多人。军长史泽波深感孤立无援，5个卫星城已全部失守，我军大军压境，孤城很难自保，于是不停地打电报给阎锡山求援。阎锡山并不死心，一面发电报给史泽波打气：“上党必争，潞安（长治古称潞安府）必守，援军必到，叛军必败”；一面调集两个军和两个炮兵团，加上收编的伪军等杂牌部队，共2万余人，由第七集团军副总司令彭毓斌率领，从祁县的东观镇沿着白晋铁路南下增援长治。
由于沿路遭游击队、民兵的袭扰，道路又泥泞难走，加上群众的空舍清野，这股敌人食宿交困，士气低落。9月18日出发，9月底才到达沁县城，稍事逗留，继续前进，但道路却更难走了，沿途枪声不断，地雷轰鸣，游击队、民兵的频繁袭扰，彭部非常惊慌。等他的前卫进抵襄垣县属的关上村时，遭到一支地方部队的攻击，彭毓斌急令停止前进，命令他的第八十三军占领关上村正面，第二十三军的两个师分别占领右翼的老爷山和左翼的磨盘垴两处高地，构筑工事，布置警戒。
刘伯承、邓小平开始以为这股敌人是3个师，后来发现有8个师的番号，就命令陈再道指挥的冀南纵队和地方武装等，伪装主力，继续包围和佯攻长治城。太行、太岳两个纵队掉头北上打援兵。
以陈锡联指挥的太行纵队等部队为右翼队，以陈赓指挥的太岳纵队等部队为左翼队。战士们都是从长治四关的泥泞的工事中爬出来，穿着被雨淋湿的衣服，悄悄地向北出发了。秋夜的北风，吹在湿透了的衣服上，寒气刺骨，但勇士们个个摩拳擦掌准备杀敌，早已忘记了寒冷。
与彭毓斌的援军接触后，经过几次交手，敌人据守老爷山和磨盘垴等高地，凭险构筑工事，恃其机枪多，炮兵强，进行顽抗。第三八六旅10月2日对老爷山发动攻击，取得了一些小的胜利，但由于敌兵力集中，火力较猛，部队未形成优势，攻击暂停。太行部队在关上、磨盘垴地区的攻击受阻，也暂停下来。
老爷山海拔1264米，比磨盘垴地势还要高。主峰上有一座小庙，居高临下，俯视着白晋公路，它与公路东面的磨盘垴相对峙，是长治地区唯一的险要地形。不过，已被敌人一个多师占领。
陈赓听说部队受阻，急忙带着指挥所赶到山下。阴雨连绵，山野荒芜，指挥所只能设在露天地上，附近仅有一块突出的山石，可容纳一人略避风雨，陈赓就在那块大石头下面开展工作，迅速和各部队联系，了解情况，然后又冒着风雨观察了老爷山及其周围地形。
这时，第二十团团长楚大明来了报告，说他通过审讯俘虏，向群众做调查，并冒着敌人炮火封锁到前沿观察，终于发现了一条被洪水冲刷下的沟，直通敌老爷庙阵地的侧后，他说：“通向老爷山顶的秘密通道找到了。”他认为，这可能是敌人防守上的疏忽，如果从那里悄悄摸上去，一定可以把老爷山拿下来。
陈赓考虑再三，认为楚大明的意见有道理，如果真能利用那条水沟攀登到敌人侧背，然后拿下主峰东北方的高地，切断敌人的水源和补给线，这就会造成敌人的恐慌，为夺取老爷山创造条件。他放下望远镜沉思地看着楚大明说：“这样做是非常危险的，简直是在老虎嘴上拔毛。攀登时如果被敌人发觉，就会被逼进绝境；就是顺利上去，占领了那个高地，敌人为了生存，老爷山主峰和东北高地之敌会拼着命夹击你。你考虑过吗？”
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