包头战役结束第2天，八路军西北集团军便打响了北上攻占大同的作战计划。进攻大同必须大同东南方向的朔州，这是通往大同的战略要地。朔州是南北走向的管芩山的关隘，东部是五台山脉。占据此地不仅可以确保大同稳固，同时可以切断太原和大同日军之间联系。此战关系重大，攻克朔州不仅可以顺利打通进攻大同的通道，也有利于由北部包抄太原。
显而易见，北上攻打大同，朔州是摆在林面前的硬骨头，因此攻克朔州势在必行。目前林的军事部署为：第1军陈光部，第2军杨得志部，独立炮兵第1师，由陕西北部的府谷渡过黄河，主攻大同方向。第3军杨成武，第4军及第5军，由黄河中部渡过河剑指太原。太岳纵队3支独立师，在许世友率领下，并于舟山一线机动作战分别牵制太原、阳泉日军，摆出向太原进攻的态势。
八路军西北集团军独立骑兵师，坦克旅第3坦克团，独立第2炮兵师，作为集团军司令部预备部队使用。八路军西北集团军空军部队，支援各部作战。根据情报得知，朔州有日军一支旅团防守。第1军第1师负责攻克朔州，保证主力部队顺利向大同发动攻击。
战斗打响，份外壮观。曾几何时，八路军部队能以立体作战模式向日军发动攻击，如同乾坤倒转。因此八路军官兵上下信心十足，战斗欲望高涨。
以往日军的进攻水银泻地、肆意妄为，天上地上想怎们打就怎么打。可谓是三十年河东三十年河西，如今该轮到八路军水银泻地发动攻击。为了首战必得，酣畅淋漓拿下朔州，一支炮兵旅支援作战，其中有一支重炮团。此外，八路军空军部队投入20余架轰炸机，对朔州日军防守占地狂轰滥炸。
当天进攻的的场面地动山摇，密集的炮火冰雹般的砸向日军占地。前沿阵地等待攻击的八路军官兵，聆听雷鸣般的炮击，目睹轰炸机俯冲的雄姿，无不热血沸腾。
激动和自豪交织在一起，如此战斗对于习惯于过苦日子的八路军官兵来说简直太奢侈了。也许是太乐观，也许是太依赖强大火力支援。连续3天战斗，日军防守十分顽强，进攻屡屡受阻，仅拿下了部分表面阵地。朔州作为战略要地，日军苦心经营。尤其是这两年日军进入全面防御，并在朔州修建了大量钢筋水泥工事，暗堡暗道遍布。轰炸、炮火看起来震撼无比，可是打击效率不高。八路军的凌厉攻势一次次被瓦解。
八路军突然对朔州发动进攻，让板横征四郎有些措手不及。敌军没有向太原发动进攻，意图非常明显，就是切断大同和太原之间的联系。敌人若是拿下朔州挥兵大同，太原将失去北方羽翼，有力臂膀折断，太原必然孤掌难鸣。为此，板横征四郎下令防守朔州独立第102旅团，不惜任何代价死守。同时命令大同日军增援朔州，力保朔州某某不失。
激战5天，战况没有任何进展。司令部内每一个人的心情都不好。己方如此强大的火力，居然打成焦着状态。此时，林坐在椅子上一言不发，作战参谋忙成一团，接听电话的声音此起彼伏。参谋长左权手里拿着电报道：“陈光来电，第1师攻击再次受阻，伤亡很大。情报显示，日军从大同方向增援上来一支联队，看样子板横要死守朔州。”
林闻听刷的站起来走了几步道：“死守朔州，对于我们来说未必是坏事。现在可以证实，我们的目标没有对准太原而是大同，出乎板横的预料，打乱了他的军事部署。目前我主力兵团摆出进攻态势，太原的日军无法抽调一兵一卒。日军由大同方向出兵支援，何尝不是填油战术。既然如此，我们就在朔州消耗他的兵力。这对于我们下一步迅速拿下大同，创造了条件。
“林总的意图是缓攻朔州，让日军产生误判！”参谋长左权询问。林点点头接道：“命令陈光，为了减少伤亡，由白天攻击改为夜间攻击。我判断日军在朔州储备的军需物资，仅能满足一个旅团作战之需，如果日军不断增兵，他的后勤补给会出现问题。给聂荣臻发报，让空军部队重点空袭日军的运输线。另外，让陈光派出小股部队，袭击他的运输队。”
“林总，是否把你的意图转告陈光？”“不必了，让他保持压力免得懈怠。至于如何加大攻击力度避免伤亡，让他自己想办法！”林善于在战局不利的情况下变招，这是他的特长。既然朔州这块骨头难啃，那就一点一点的啃。”显而易见，面对日军作战不能过分用强，毕竟日军的战斗力强悍。战前林就想到了和日军作战的困难。和日军作战，即便阵地被突破，日军也不会崩溃。
此番攻坚作战一开始便遭遇到困难，而且是在完全优势的情况下，这不仅考验八路军野战部队的战斗力，同时做为战役最高司令官，林的压力有多大可想而知。连续攻坚受阻，反而激发了林的潜质，继而让他大胆变招。八路军改为夜间攻击后，林对攻击部队没有连番下令务必达成某某战斗任务。前线部队压力骤减，反而让前线指挥官，游刃有余指挥作战。
太原日军司令部内，气氛格外紧张。每隔一个小时，战况便被报上来。连续鏖战10天了，朔州日军防守部队浴血奋战，打退了八路军一次又一次的进攻，似乎固若金汤。可是情况并没有好转，敌军采用轮番攻击战术，尤其是夜间攻击，日军的防守阵地，一点一点的丧失，而且日军的战损不断增加。此时，板横征四郎虎着脸，眼睛盯着军事地图，感觉到一丝危险。
“将军阁下，独立第102旅团，战损达到三分之一。目前第82师团第163旅团，陆续由大同增援朔州，阵地得以稳固。根据敌军的进攻情况，朔州防守日益稳固。不过敌军轰炸机不断地空袭运输线，敌军派出小股部队，不断地袭击运输部队。目前朔州储备的军需物资，仅能满足两个旅团一个月的作战之需。一个月后不好办了。”日军参谋长禀报。
“命令小原师团长，派一支野战联队押运军需物资。为了对付八路军空袭，让小原抓获大量民夫，于押运部队混杂在一起。我到要看看八路军能坚持多久。”板横征四郎咬牙切齿，他决心要一战成名，在山西铸就大日本帝国军魂。尤其是在日军江河日下的关键时期，能取得防御作战的胜利，对于日军而言十分重要。其实冈村宁次也需要山西防御作战的经验，需要对八路军战斗力从新评估。
日军强征大批民夫于运输部队混杂在一起，的确发挥了作用。当轰炸机飞行员发现有大批老百姓于日军运输部队混杂在一起，只好向指挥部报告，如此情况下，林不得不取消空袭日军运输线的行动。狡猾的日军采用如此损招，化解了朔州军需物资的短缺。攻击依然乏味处于焦着状态，日军士气大振，居然发动反击争夺失去的阵地。
连续进攻20天了，仅仅突破了日军外围阵地。迟迟打不开局面，所有将官心头蒙上阴影。司令部内，气氛格外紧张，透过作战参谋的表情，可以判断出战局十分不利。可是林的表情显的很轻松，似乎胸有成竹了。“林总，陈光的三个师已经轮战，是否撤下来让第2军顶上去。”“是不是陈光泄气了，告诉他继续发动攻势，不给日军任何喘息的机会。”
林接道：“敌变我变，让情报处长速来！”不一会儿情报处长报到。“你说说大同日军的情况？”“根据我们掌握的情报，战前，日军第82师团驻扎在大同，独立102旅团驻扎朔州。朔州攻坚战打响后，日军第82师团第163旅团陆续增援朔州。目前，日军82师团部，第164旅团外加一支重炮旅团，工兵联队驻扎在大同。为了保证大同于朔州运输线畅通，日军抽调了一支野战联队担任护送任务，情况就是这些。”
情报处长走后，林走了几步道：“现在时机成熟了，我决定长途奔袭大同。”所有人闻听倒吸一口凉气，参谋长左权道：“林总，派一支部队迂回穿插容易，可是面对大同的堡垒工事，迂回穿插部队没有重武器，没有炮火支援。即便调动所有轰炸机支援，也无法攻克大同。”林轻松道：“这就叫做出其不意、攻其不备，日军绝对想不到，在朔州没有被攻占的情况下，奔袭大同。”
“目前大同日军兵力空虚，我们奔袭的条件已经具备。参谋长，你大概忘了，我们的坦克部队在包头。大同以北地势开阔，非常适合坦克部队作战。只要我们的坦克部队高速挺进，快速攻击到大同城下，这个时候再有一支部队出现，会是什么情况。”“坦克即能发动攻击，又能实施炮火支援，妙！林总，是不是早就由此想法？”“这是让日军给逼的，长途奔袭是我们的老传统，老传统必须发扬光大。”
“林总，你打算动用多少部队？”“至少两个师，参谋长，下达作战命令吧！。”参谋长左权大声喊道：“来人！”