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”。