阿济格发出战斗命令，清军全军将士在太原城城外安营扎寨，将太原城围的水泄不通，不久后发起攻城战役。
清军大兵压境，刘芳亮很冷静，率军在城内驻守，太原城城内粮草充足，坚守半年以上不成问题，但是他隐隐觉得城外清军是一只劲敌，不论是从军容军貌，还是武器装备，都不是尚可喜，耿仲明率领的明八旗军队那么羸弱，在不了解清军实力前，他下令全军在城内死守，不得出城野战。
又下令城外的散兵游勇也撤回到城内，在城外只有少数斥候部队游走，面对清军围城，刘芳亮给部下打气，让部下都不要慌，等到长治和汾州援军一到，三军用命，一举击败清军。
阿济格下令部队备战攻城，经过三天时间准备，清军各部兵马做好攻城就绪。
清军在李过抵达临汾城的这天早上，发起强攻，二十多门红夷大炮，还有四十多门大将军炮一字摆开，向着太原城东城墙猛轰，大顺军在城墙上的大顺军死伤惨重。
迫使刘芳亮下令各部兵马躲避炮轰，红夷大炮威力大，却没有准头，大部门炮弹砸向城墙，把城墙砸的摇摇欲坠，城内大顺军也被炮轰的秩序大乱，在城内乱哄哄的跑来跑去。
清军轰炸并没有持续多久，阿济格下令步兵攻城，三万步兵分成数十个梯队，扛着攻城武器，往城墙发起攻击。
刘芳亮下令各部兵马上墙防守，大顺军用弓箭，大刀，长枪，石头等攻击清军，打死打伤数百清军。
阿济格带来的步兵，攻城很有经验，见大顺军防守火力很猛，没有猛冲，而是在抵达弓箭射击距离，全部停下来，用弓箭和城墙上大顺军对射，两军都用抛射来杀敌，两箭头射向远方，利用箭头落下来惯性来杀伤目标。
一番交锋下来，大顺军和清军伤亡都很大，城墙上大顺军被射死射伤，防守火力受到削弱，清军其他步兵梯队，趁势发起进攻，以飞快速度奔跑到城墙下，用云梯靠着城垛，士兵顶着盾牌往上爬。
大顺军也全然不怕死，用血肉之躯将清军打下去，清军在肉搏战从下往上进攻，没有优势，被大顺军打死不少。
阿济格看着攻城部队受阻，没有一昧让步兵去送死，下令鸣金收兵，清军撤退后，刘芳亮在城墙上和部将说道：“清军攻城很有技术，火炮也很猛，我们要想方设法拔掉清军火炮。”
他还和部将强调千万不要大意，各部将领要带领全军将士沉着应战，莫要被清军火炮吓破胆子。
城内秩序乱哄哄，只有一只兵马还保持秩序，那就是后营和石营后勤辎重营，尤其是后勤辎重营，只有王堡一部兵马保护，却誓死在城内死守。
刘芳亮见他们表现不错，就让后营在城中为预备役，没有参加战斗。
倒不是刘芳亮瞧不起后营，而是城内确实需要一只预备役部队，防止清军兵力增加，持续攻城导致左营将士长时间疲惫作战，那时候石营将士可以拉上来顶一顶。
清军第一次攻城只是试探性进攻，却带走近千名大顺军将士性命，清军损失只有大顺军一半，刘芳亮看着士兵把战死将士尸体抬下去，大部分将士被清军炮火炸死，还有部分将士被清军弓箭手和火铳手杀死，在肉搏战中，大顺军伤亡不大，还略胜一筹，击毙大量清军。
刘芳亮召集部将，下令：“我们不能在城内任由建奴用火炮慢慢消耗，应出城和建奴野战，或许还有机会拔掉建奴火炮部队。”
部下也认同他的观点，刘芳亮把这次进攻任务让右威武将军刘汝魁去完成，刘汝魁和聆敬阳等人在北直隶保定府有过见面，他在本部兵马中挑选两千壮丁，刘芳亮又从其他部队中，给他补充三千精兵，刘汝魁领着五千精兵在城内没有参加战斗，养精蓄锐，等天黑后出城野战，打清军一个出其不意，
阿济格在第一攻城后，并没有下令部队回营休整，而是命令尚可喜领骑兵两千，耿仲明领盾牌手三千，退出战斗在炮台附近埋伏。
图赖看着他的排兵布阵，很是好奇，阿济格是军事奇才，和大顺军交战数次，逐渐摸透大顺军作战套路，认为大顺军在打退攻城后，经常发动突袭，突袭目标是敌人防守薄弱和军事意义重大的目标。
清军最重要武器，就是红夷大炮和其他数十门大将军炮，这些武器都是攻城利器，只要有火炮在，就可以给大顺军持续性放血。
所以他下令两部兵马退出战斗埋伏在炮台附近，又在当天下午下令各部兵马佯装第二次攻城，不出意外，清军第二次攻城很快就被大顺军打退。
这一次阿济格终于下令全军回营休息，此时天色逐渐发黑，等到天色完全看不见后，刘芳亮在城墙上看到清军回营，和城门下刘汝魁点点头。
刘汝魁大手一挥，城门悄悄打开，五千精兵健步如飞，往清军炮台杀去，出城以后，刘汝魁感到出奇的顺利。
清军斥候就像是瞎子一样，在太原城最外围游走，防止其他各地大顺军前来支援，却没有防备城内大顺军出城偷袭。
五千精兵就像是潮水一样冲向清军炮台，突然，一声炮响，清军寂静如鬼的炮台突然闪现火光，数十门火炮同时开火，炮弹砸向正在冲锋的大顺军，砸的大顺军血肉模糊。
刘芳亮在城墙上观战，听到炮响，大脚有埋伏，连忙在城内点兵，准备出城救援刘汝魁。
刘汝魁在清军开炮以后，就意识到这是一个埋伏，下令全军撤回去，只是冲锋刚刚开始，就下达撤退命令。
撤退命令下达后，全军将士秩序大乱，有的士兵往回跑，有的士兵仍旧往前冲，人挤人乱成一团。
尚可喜带领两千骑兵从炮台斜侧杀出，冲进大顺军对无，飞速的收割大顺军性命，另外一侧，耿仲明领着盾牌手挡住大顺军撤退道路。