阿濟格發出戰斗命令，清軍全軍將士在太原城城外安營扎寨，將太原城圍的水泄不通，不久后發起攻城戰役。
清軍大兵壓境，劉芳亮很冷靜，率軍在城內駐守，太原城城內糧草充足，堅守半年以上不成問題，但是他隱隱覺得城外清軍是一只勁敵，不論是從軍容軍貌，還是武器裝備，都不是尚可喜，耿仲明率領的明八旗軍隊那么羸弱，在不了解清軍實力前，他下令全軍在城內死守，不得出城野戰。
又下令城外的散兵游勇也撤回到城內，在城外只有少數斥候部隊游走，面對清軍圍城，劉芳亮給部下打氣，讓部下都不要慌，等到長治和汾州援軍一到，三軍用命，一舉擊敗清軍。
阿濟格下令部隊備戰攻城，經過三天時間準備，清軍各部兵馬做好攻城就緒。
清軍在李過抵達臨汾城的這天早上，發起強攻，二十多門紅夷大炮，還有四十多門大將軍炮一字擺開，向著太原城東城墻猛轟，大順軍在城墻上的大順軍死傷慘重。
迫使劉芳亮下令各部兵馬躲避炮轟，紅夷大炮威力大，卻沒有準頭，大部門炮彈砸向城墻，把城墻砸的搖搖欲墜，城內大順軍也被炮轟的秩序大亂，在城內亂哄哄的跑來跑去。
清軍轟炸并沒有持續多久，阿濟格下令步兵攻城，三萬步兵分成數十個梯隊，扛著攻城武器，往城墻發起攻擊。
劉芳亮下令各部兵馬上墻防守，大順軍用弓箭，大刀，長槍，石頭等攻擊清軍，打死打傷數百清軍。
阿濟格帶來的步兵，攻城很有經驗，見大順軍防守火力很猛，沒有猛沖，而是在抵達弓箭射擊距離，全部停下來，用弓箭和城墻上大順軍對射，兩軍都用拋射來殺敵，兩箭頭射向遠方，利用箭頭落下來慣性來殺傷目標。
一番交鋒下來，大順軍和清軍傷亡都很大，城墻上大順軍被射死射傷，防守火力受到削弱，清軍其他步兵梯隊，趁勢發起進攻，以飛快速度奔跑到城墻
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下，用云梯靠著城垛，士兵頂著盾牌往上爬。
大順軍也全然不怕死，用血肉之軀將清軍打下去，清軍在肉搏戰從下往上進攻，沒有優勢，被大順軍打死不少。
阿濟格看著攻城部隊受阻，沒有一昧讓步兵去送死，下令鳴金收兵，清軍撤退后，劉芳亮在城墻上和部將說道：“清軍攻城很有技術，火炮也很猛，我們要想方設法拔掉清軍火炮。”
他還和部將強調千萬不要大意，各部將領要帶領全軍將士沉著應戰，莫要被清軍火炮嚇破膽子。
城內秩序亂哄哄，只有一只兵馬還保持秩序，那就是后營和石營后勤輜重營，尤其是后勤輜重營，只有王堡一部兵馬保護，卻誓死在城內死守。
劉芳亮見他們表現不錯，就讓后營在城中為預備役，沒有參加戰斗。
倒不是劉芳亮瞧不起后營，而是城內確實需要一只預備役部隊，防止清軍兵力增加，持續攻城導致左營將士長時間疲憊作戰，那時候石營將士可以拉上來頂一頂。