在重重包围中南顾王师望穿秋水的太原守军没有盼来自己的援兵，兵临城下的却是卷土重来的宗翰大军。宋代的太原只是一座政治与战略地位都不重要的小城，物资储备极为有限，太原军民已经在严密封锁中苦苦支撑了八个多月，存粮基本用尽，士卒先是宰杀牛马骡等牲畜，后来只好烹煮弓弩皮甲以充饥，而城中百姓则只能用糠秕和干草来果腹，甚至出现了人相食的惨剧。尽管如此，太原军民依然矢志不渝，拒绝了宗瀚的数次劝降而决心以死报国。
做为一个游牧民族，女真人长于野战而短于攻坚，为了夺取太原，金军总结了攻取辽国五京时的作战经验，除了早已实施并卓有成效的“锁城法”外，还制定了一整套在当时极为先进的攻坚战术。金军运来三十座大砲，能将大于斗的砲石抛入城内，城头用于防御的敌楼屡屡被击中摧毁。北宋攻取晋阳时，就曾在城外构筑过起防护作用、名为“洞屋”的掩体工事，而金军更是建造了五十座下部安有车轮的大型机动洞屋，其作用尤如现代的装甲运输车，金军企图用它来运送土木填平护城壕。在攻城时，金军制造了集洞屋与云梯于一体兼顾防守与攻击的鹅车，这种形如鹅状的装备下安车轮，上冠皮铁，能够有效保护士卒攻城。
太原守将王禀针锋相对，对于大砲，在敌楼前设立栅墙，楼顶覆盖糠布袋，这样敌楼即使被击中也不会有大的损坏而能够迅速修复。对于填壕，宋军挖掘地道直通护城壕，等金军填满木柴后就放火焚烧使其前功尽弃。对于鹅车，宋军在城头设立了也如同鹅状的跳楼，从跳楼上将系有绳网的巨石套在鹅车顶部，使其重心上升，然后用搭钩和绳索将鹅车拉倒。
人相食，意味着这座孤城的坚守已经支撑到了极限，在金朝生力军半个月的猛攻之下，英勇顽强的太原城在坚守了二百五十多天之后，于九月初三失陷。尽管大势已去，王禀依然率领饥饿疲惫的士卒坚持巷战，背负着供奉于太原祠庙中的宋太宗御容突围出城，金兵全力追赶，身中数十枪的王禀投汾河自尽。金兵得到王禀的遗体后，宗瀚破口大骂，命令士卒策马踏为肉泥以泄其愤。城破之后，太原三十余名当地官吏壮烈殉国，金兵屠城报复，在饥饿中幸存的太原百姓几乎被屠杀一空。
太原保卫战的另一位功臣太原知府张孝纯被俘后押往云中，四年后，金朝扶立的伪齐政权建立，身陷囹圄的张孝纯违心地接受了伪职，出任尚书右丞相，他曾投书宋高宗赵构，表白自己的迫不得已，并透露了伪齐皇帝刘豫准备派遣刺客暗杀南宋君臣的计划。又过了八年，因为在与南宋的战争中屡屡失败，伪齐被金朝所废，张孝纯等人被遣返南宋，张孝纯为自己的失节而深感羞愧，自请致仕，病死于徐州。
攻陷战略重心太原之后，金朝西路军挥师南下，与东路军遥相呼应，于年底会师开封，顺利灭亡了的北宋王朝，是为“靖康之难”。
在围困太原期间，金兵一部曾驻扎于晋阳城废墟之中，当他们举头仰望太原故城巍峨的城墙时，可曾想到晋阳城如若不毁，金兵有可能攻破这座兵精粮足千古雄关吗？当徽钦二帝北狩蒙羞的时候，可曾想过这正是当年赵光义下令火烧晋阳的报应？
尽管太原的地理位置依然重要，但太原抗金战，是龙城太原在漫长的封建社会中最后一次对全国的政治、军事形势产生重要影响，从此后，太原基本没有再为封建皇朝创立过有如汉唐五代时的功勋，太原再一次影响全国形势时，已是八百年后的辛亥革命。
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