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8 月5 日，参加大同战役的各部队按阳高会议的部署，集结兵力进行攻城准备，大同守敌也趁机增修工事，加强防御措施。
8 月14日夜晚，我军主力以13个团的兵力，同时向大同近郊和城关的敌据点发起总攻。但由于我军没有攻坚经验，火力不强，仅用手榴弹和梯子攻打敌人碉堡，效果不好。近郊作战打得十分艰苦，几乎每前进一步都要付出很大的代价，而且许多据点得而复失，形成拉锯局面。
当周彪率领第七旅向城北进攻时，敌马占山部的海福龙团240 多人在海福龙率领下起义，退出了北郊的白马城，第七旅顺利进占了白马城并乘势攻占了卧虎湾和板本、梅津两兵营及天主堂，后经十几天激战，终于在9 月4 日将北关车站和西大街、北关操场、面粉公司等地全部占领。
第三五八旅和第五军分区王赤军部在城西与敌人的战斗也十分艰苦，至9 月4 日攻入西关车站，迫使守敌溃逃，我军占领西关。
易耀彩的第八旅主力和第一军分区刘苏部向城南方向攻击，到9 月6 日才将南关外据点全部肃清。
邱蔚的第十旅和李湘的教导旅苦战十几天，肃清了沙岭、曹天楼之敌，到9月1 日向东关进击。
从8 月14日至9 月4 日，我军用了20多天时间才将敌郊区据点和北关、西关的敌人肃清，实际上不少据点是敌人主动撤出的，我军没能按预定时间向大同发起攻击。
大同危急！
当蒋介石得知我军围攻大同时，他焦急万分。他本来想急令傅作义派兵火速救援大同，无奈大同属第二战区阎锡山管辖，傅作义是不会将自己的兵马去援救别人的防区的。为了促使傅作义增援大同，蒋介石在8 月中旬下令将原第二战区阎锡山管辖的大同，划归了傅作义的第十二战区管辖。
蒋介石的这一招果然灵验，收到了立竿见影的效果。傅作义马上将第三十五军新编第三十一师、暂编第三军二个师和四个骑兵师共三万多人于9 月3 日以平绥为轴，分三路向卓资山、集宁进犯。
大同前线指挥部原来估计傅作义部队出动不会那么快，即使出动少数部队进攻卓资山，独一旅最少也可以守三天，到时派部队打援也来得及。没想到傅作义部队来得快，来得凶，来得猛。张宗逊见情况紧急，立即和晋察冀军区副司令员萧克一起，亲率晋绥第三五八旅和晋察冀的萧应棠旅等部驰援卓资山。
当张宗逊司令员率领的部队还未赶到卓资山时，就得到了卓资山失守的
消息。我独一旅虽苦战数小时，但敌我力量悬殊太大，卓资山很快失守。
由于情况发生了重大变化，张宗逊组织召开了前线指挥部会议，决定先行北上消灭傅作义的增援部队，以后再打大同。
然而，我军在撤出卓资山之后，未能继续严密监视敌人，派出的侦察不够得力，致使敌人暂编第十一师、暂编第十七师、新编第三十一师，于9 月7 日从铁路北面经火石坝秘密东进，到达集宁西北地区集结。
直到9 月8 日晚，大同前线指挥部才得知这一情况，遂决定将部队主力转向集宁。9 月10日，敌我会战在集宁城下。
我们的战士身穿单衣，不畏艰辛，从四面八方奔向集宁前线，刚到指定地点便投入了战斗。
在集宁城下的会战中，我军包围了傅作义的3 个师，敌人一面阻止我军攻击，一面从西南两个方向攻城，企图拿下集宁，固守待援。经过一天两夜的激战，这三个师处在支离破碎的境地，我军只要乘势再一猛击，就会全歼这股敌人。当时，敌人赖以联络的电台，也被我军炮火打掉了，走投无路，呼救无门，完全陷入了绝境。
但是，我前线指挥部离战场较远，没能及时了解前线的详细情况，没能在一天时间里组织连续进攻，使敌人有了喘息的机会。
直到9 月12日下午，我军再次向城下敌人发起攻击。而此时傅作义的主力第一○一师已赶来增援。我前线指挥部当即决定：主力部队立即西进，先歼灭赶来增援的第一○一师。
当时，各部队接到命令后，都不愿放弃即将被歼灭的敌人，但最后还是很坚决地执行了指挥部的命令。遗憾的是，部队只知道向大脑包山方向前进，去打一○一师，至于敌人的位置、我军的行军路线、作战的具体部署等不清楚，结果打援没有实现，集宁城下的敌人也恢复了元气。
我军部队经过几昼夜鏖战，特别是一整夜的往返调动，已相当疲劳。而敌新编第三十二师、新编骑兵第四师，尾随第一○一师前来增援，我军处于不利的境地。9 月13日，我军放弃了集宁，撤出了战斗，16日又撤围大同。
在大同、集宁战役之后，傅作义在一次讲话中曾说：“集宁会战，按当时的情形，我们是相当的危险，很有失败的可能。最后能得到胜利，我认为是一个侥幸。……第一○一师参加战斗之后，共产党犯了一个错误，就是在12日晚上，他没有去攻击新编第三十一师，而去全力打第一○一师，这是共产党失败的原因。如果那天晚上，去攻新编第三十一师，我们的情况就相当危险了。”
后来，张宗逊在回忆大同、集宁战役时，也指出：这一仗虽歼灭国民党军8870人，但未能达到攻城、打援的预期目的，使张家口处于东西两面夹击的不利形势，这一战役没打好。
五、万里回师王震率领三五九旅艰难转战，终于回到了延安。毛泽东笑着迎接他：“现在你可要好好刮刮胡子了。”国民党军官胡景铎在陕甘宁晋绥联防军的策应下率部起义，毛泽东形象地称之为“下大船上小船”。
王震、王首道率领的以三五九旅主力组成的南下支队1944年11月9 日离开延安后，开始了艰难的南征北返。
当时，三五九旅分成两个梯队，第一梯队先行，待与东江纵队会师后，第二梯队继续南下。在南下支队出发前，毛泽东分析了南征前途中的两种可能，并一再嘱咐王震同志要做好充分的精神准备。他对王震说：“你们这次南征，有两种可能。第一种可能，就是整个国际的反法西斯战争，包括中国的抗日战争还要持续二、三年。这样，你们就可以在华南利用日伪和蒋顽之间的矛盾，放手发动群众，壮大革命武装力量，巩固和发展敌后抗日民主根据地。
第二种可能，就是国际反法西斯战争迅速胜利，日本很快投降，整个局面就会发生重大变化。蒋介石决不允许你们这把刀子插在他的咽喉，会首先集中力量吃掉你们。这样，你们孤军深入，没有根据地，斗争将十分残酷，处境将极其困难，甚至可能全军覆没，包括你本人在内。你们要准备迎接这场严重斗争，发挥不怕牺牲英勇奋斗的精神，力争光明的前途。如果出现这种情况，你们还能回到鄂豫边李先念同志那里，那也是一个很大的胜利。“
南下支队从延安出发后，行程2000公里，于1945年1 月27日到达鄂豫边的大梧山根据地，与李先念领导的新四军第五师胜利会师。
南下支队在短暂休整后，于2 月23日同第五师张体学部队一起最后一批强渡了长江。三天之后，取得痛歼日寇的大畈大捷，威震江南。南下支队随后改换番号，更名为“国民革命军湖南人民抗日救国军”。
3 月1 日，部队向湘赣边进军，初步开辟了以鄂南为中心的湘鄂赣游击根据地，把江北和江南联接起来。7 月，部队继续南下，于8 月底进抵广东南雄县境。当进入五岭山区，与前来接应的东江纵队仅距百里之遥的时候，时局发生了突然变化，出现了南征前途的“第二种可能”。
日本帝国主义宣布无条件投降，抗日战争胜利结束。这样，南下支队原可以利甲的日伪和蒋顽之间的矛盾，已不复存在。党中央派出的南下第二梯队，由于形势的变化，进到河南就奉命改道向东北去了。这时，蒋介石纠集了七个军、21个师，15万兵力，在从鄂南到粤北长达1000多公里的战线上，不论白天黑夜，风雨阴晴，对我军进行了大规模的围追堵截，战斗频繁残酷。
南下支队为了避敌锋芒，于1945年8 月17日转入高山丛林的八面山中，不料再陷敌人的重围，全军处于危亡和饥饿之中。8 月19日，王震令部队杀开一条血路，才避免了全军覆没。
8 月25日，南下支队移兵江西大庾，计划冲出敌人的包围，强越九岭南下。但敌人兵力数十倍于我，切断了我军继续南下的所有路径，部队按原定计划会合曾生领导的东江纵队，在国民党反动势力占绝对优势的湘粤赣边的五岭山区建立根据地已不可能了。在前有几路重兵围困、后有九个师追兵的危险形势下，南下支队奉中央电令，为避免内战，回师北返。
9 月2 日，所有南下部队在江西上犹县黄沙坑地区会合后，同道北返。
国民党军队沿途派重兵围追堵截，均被我军冲破击退。由于连续行军和战斗，部队减员很大，许多同志壮烈牺牲。9 月15日，部队回到湘北，强渡浏阳河，进入鄂南根据地，与坚守长江南岸的接应掩护部队会合，月底从鄂城渡过长江。10月3 日，在湖北黄安县库基湾与新四军第五师胜利会师。
10月30日，由新四军第五师、三五九旅南下支队和河南军区部队等在河南桐柏地区组成中原军区，李先念任司令员，郑位三往政治委员，王树声任副司令员，王震任副司令员兼参谋长，王首道任副政治委员兼政治部主任，朱早观任副参谋长，刘型任政治部副主任。
中原解放区位于全国心腹地带，雄踞江淮河汉之间的武汉外围，长江自西而东，平汉铁路贯穿南北。境内山地平原交错，河湖港汊纵横，气候温和，物产丰富，素有鱼米之乡之称。北背靠大别、桐柏、大洪山脉，面临江汉平原，控武汉，窥南京，扼出川咽喉。抗战胜利后，中原解放区是国民党反动派抢占华中、华北、东北，向全国部署内战兵力，进攻解放区的战略要冲，是我保卫全国解放区的前哨阵地，掩护华中、华北、西北解放区转入反内战准备和战略展开的支撑点。因此，中原地区成了敌我双方激烈争夺的战略枢纽。
1946年初，国民党由于进犯解放区失利，全面内战尚未准备就绪，迫不得已于1 月5 日与我党签订了“停战协定”，10日公布了停战命令。我中原解放军从全局出发格守停战命令，以宣化店为中心，就地停止待命。
然而，蒋介石的“停战协定”只是用来玩弄缓兵之计的政治花招，国民党反动派不但不执行停战协定，反而加紧调兵，将我中原部队重重围困，而且步步紧逼，欲置我中原六万部队于死地。
自1946年3 月中旬起，蒋介石积极对中原部队进行军事围歼部署，妄图制造第二个“皖南事变”。4 月底，蒋介石从西安飞汉口，召见国民党武汉行辕党政军要员，直接谋划中原之战，并指使白崇禧在河南新乡秘密召开军事会议，谋划突然袭击宣化店，同时进攻豫皖苏解放区为策应，发动全国性的内战。
党中央、毛主席和周恩来副主席对中原部队十分关心，对中原部队实行战略转移作了周密详尽的部署。5 月初，周副主席在得悉蒋介石围歼中原部队这一毒辣阴谋的确实情报后，立即向国民党军令部长徐永昌和美国代表马歇尔提出组成三人小组去宣化店实行监督停火的紧急要求。周副主席与徐永昌、马歇尔进行了尖锐的斗争和反复的交涉，在铁的事实面前，美蒋双方被迫接受周恩来副主席的建议，派出代表，组成三人小组来宣化店视察。
宣化店是鄂北的一个小镇，只有一条街，居住着百十户人家，座落在鄂豫皖边的一个小小的盆地里。它四面环山，地形险要，是中原军区司令部所在地。中原部队以此为中心，坚持着反围困的艰苦斗争。
三方代表到了宣化店后，看到了国民党重兵集结，碉堡林立。周副主席意识到，现在情况比预想的要严峻得多，只要郑州绥靖公署主任刘峙在驻马店说一声开始，宣化店便要血流成河。
当晚，周副主席召集中原部队领导同志开会，代表党中央、毛主席向全体军民表示慰问，听取了中原部队领导的汇报，最后传达了党中央、毛主席的指示：从全局出发，考虑到全国战场的形势，决定中原解放军主力要做好战略转移的准备。
第二天，三人小组在宣化店街头的一个祠堂里举行会议，解决中原停战问题。美蒋代表对这次来宣化店本无诚意，因而在会上竭力掩盖企图挑起内战的真相。周副主席在会上严肃地列举了大量事实，揭穿了国民党有计划发动内战，包围我中原解放区的阴谋和罪行，警告国民党军胆敢进攻中原解放区，破坏停战协定