第3军主力在清风店被歼,石家庄守军即处于危境。石家庄(又称石门)位于平汉铁路和正太石德铁路的交会点,战略位置十分重要。但因国民党军迟迟不能打通平汉路,石家庄早成孤城。6月间,白崇禧向蒋介石提出,“石家庄与保定两点均常受匪之围攻,均以兵力不裕被动受困”,“似此莫若放弃石家庄,将第三军转用于保定,使据战攻守得有余力,战术上收主动机动效果”。清风店战前,蒋介石已有意将第3军一部调至保定,但因为石家庄的战略地位,蒋难于决策放弃石家庄。清风店战后,驻守石家庄的只有第3军32师及部分地方团队,兵力薄弱,军心动摇,而且其周边为一望无际的华北大平原,四周没有城墙,与其他深沟高垒的坚城相比,相对较易突破,晋察冀野战军遂决定乘胜进攻石家庄。为此,他们进行了较为充分的准备,尤其是精心演练了攻城战术,准备了充足的作战物资,集中了全部炮火。攻城战发起前,解放军总司令朱德亲临晋察冀部队,指示“以阵地战的进攻战术为主要方法”,“用坑道作业接近堡垒,用炸药爆破,加以炮击,各个摧毁,采取稳打稳进的办法”。11月6日,晋察冀野战军以2个纵队4个独立旅开始进攻石家庄,经过2天的作战,占领了机场和外围据点,随后在炮火支持下攻击城区。守军初始仍凭据点坚守,并得到空军的轰炸支持,战斗十分激烈。但守军毕竟人数有限,外援相距甚远,在晋察冀野战军连续不断的猛烈攻击下,坚守意志逐渐动摇,防线渐趋崩溃。10日,晋察冀野战军突入城内,12日占领全城。攻克石家庄开中共部队“夺取大城市之创例”,最大的收获是“提高了战术,学会了攻坚,学会了打大城市”。
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