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。