1948年，徐向前兵团横扫晋中，阎锡山退守太原孤城，凭借坚固的防御工事和密集的百里防线，作困兽之斗。
早在抗战胜利初，阎锡山从晋西回到太原。就命令他的太原地区守备司令杨玉振召开军事会议，研究太原的防御计划。他指示说：“我们对‘共匪’进袭的防备，是昼夜警觉，半刻也不能放松的。”当即制定了“百里圈”计划，要在太原城百里方圆的范围，构筑5000到6000个防御碉堡一杨玉振被委派担任构筑碉堡的任务，指挥着12个步兵团。阎锡山规定太原一家水泥厂生产的水泥和太原地区出产的钢筋全部拨来修筑工事，没有他的亲笔签字批准，绝对不准用于其他方面。他还留用日本大批技术人员作为“军事顾问”，来指导筑碉工作。太原是阎锡山的老巢，他和日本人前后经营了二三十年，本已是一座坚固设防的城市，又经过抗战胜利后几年的特别经营，更是“固若金汤”了。
“百里圈”内的防御工事，碉堡不仅数量多，而且式样也多，无一不是经过精心研究设计而成。它突破了传统的筑城规范，无论是碉堡的构筑还是武器的配置，都有巧妙的构思和实用价值。依地形险要，有主碉、副碉的布置；依武器火力，有炮碉、机枪碉的配备；依兵力布置，有班碉、排碉和连碉之分；依地形，有高碉、低碉、人字碉、十字碉、方碉、圆碉、杀伤碉、伏地碉、警戒碉、侧射碉、好汉碉，奇形怪状，不一而足。
在碉堡与碉堡间，皆有地下坑道相连接，便于输送兵力互相支援。有的能向周围射击，有的专向两侧射击；有的在前面不开射击口，专门倒打，称为“没奈何碉”。为防子弹射入碉堡，还将碉堡射口改为球形，在口内设一随意转动的圆球。碉堡的火力配置，也是多种多样，有品字形，有倒品字形，有菱形，有梅花形，而且在每个碉堡周围，都建筑有3个火力点，下面伸出3条暗道，互相策应，形成特角之势。
太原城构筑的环城工事，东面是罕山，南面是武宿机场，西南是石千峰山，北面是周家山，构成外围的四大据点；牛驼、淖马、小窑头、山头，又构成内部的四大据点。四个据点外围都有核心阵地、主阵地、前方阵地，以及纵深配置的阻击阵地，城内则筑了巷战工事。城外3000米的地区为前沿阵地带。3000米以外，至10000米以内的地带，为主阵地带。距太原城20公里至30公里为前方阵地。在阎锡山的“百里防线”内，共修筑了大小碉堡5600多个，形成了一个全方位、大纵深的集团防御体系。一个美国记者描写道：“任何人到了太原，都会为数不清的碉堡而吃惊：高的、低的、长的、圆的、三角形的，甚至藏在地下的，构成了不可思议的严密火网。”
阎锡山则吹嘘太原为“火海地区”和“碉堡城”，“可抵150万军队”，能以“火海战术”打败徐向前的“人海战术”。
但是夏末秋初，失败的空气笼罩着太原城。在绥署大院，阎锡山像泄了气的皮球似的，两腿无力，板着一副哭丧脸，由两名侍卫扶着，从东花园住所跑到中和斋(作战组)，再转到内北厅(办公室)，惊慌得坐立不安，食难下咽，寝不入眠。
为了固守太原，阎锡山伸出两只求援的手：一只伸向蒋介石，派出“绥靖”公署副主任杨爱源去南京、上海向蒋介石要东西；另一只手伸向美国，派堂妹阎慧卿的丈夫梁延武赴青岛与美国人拉关系，求美援助。
正值阎锡山对保卫太原感到力量不足时，蒋介石亲临太原巡视，为阎锡山鼓气。蒋深知固守华北战略据点的重要，认为最低限度能牵制住徐向前兵团在山西不得他援。
7月22日，蒋介石乘飞机偕陆军大学校长徐永昌、考试院副院长贾景德、参谋次长刘斐、国防部军务局长俞济时冒雨由济南转道太原。阎锡山率几位将军，顶风冒雨在机场迎接。
蒋介石到太原，阎锡山未敢通知部队，更没有组织市民、学生欢迎，从太原“绥署”到城北飞机场，沿途街禁。
阎锡山和蒋介石在机场见面后，双方沮丧的样子，一看便知，不光太原，整个中国都已成残局。他们的脸色阴沉沉，没有说几句话，便一同乘车驰回“绥署”大院。蒋介石披着斗篷，戴一副茶色眼镜，昂头挺胸，装出一副神圣不可侵犯的样子，不知所云地说着：“好！好！好！”阎锡山紧跟左右，临.丘大堂台阶，扶了下蒋的右臂，以表尊敬。在正楼二层会议室，蒋介石听取了阎锡山的参谋长郭宗汾关于晋中战役及“保卫太原”的汇报，并与阎进行了长时间的密谈。孙楚、王靖国也参加了密谈，蒋答应阎的要求，准备增兵、运粮、运军火。
阎走出会议室时，脸上愁意一扫，把蒋引进准备好了的由高级将领及省参议会负责人参加的会议厅。蒋发表了简短的演说：“……太原的局势不要紧，我一定尽最大力量，援救太原，希望大家拿出最大的奋斗精神，服从阎主任的统一领导，与共产党战斗到底。”蒋训话前，阎锡山曾对蒋介石说太原已成孤城，人们最忧虑的是能否守得住？所以蒋介石训话时还说：“太原的局势比山东的济南和东北的沈阳、长春要好得多，现在的东北局面还有办法，太原一定更有办法了。”
蒋介石在太原短暂逗留四五个小时，午后便飞走了。蒋介石对此次太原之行颇为满意，他在返回的飞机上，对徐永昌、贾景德说：“阎锡山终于和我又在一条战线上了。”
这时，天不下雨了。但阎锡山仍然沉着脸，独自坐在“绥署”办公室，闭门思考。他琢磨着：蒋介石讲得那么好，答应给的东西真不少，可粮食、物资、弹药运不来，还不是“空头支票”？于是，不久以后，他又通过多种关系，与美国人陈纳德航空队达成协议，每日平均有30架飞机往返两次，把蒋介石支援的枪支、弹药和粮食，由南京、青岛、北平运来太原。
蒋介石回南京后，立即派第三十军军长黄樵松及第三十师师长戴炳南等率部陆续于9月中旬自西安空运太原增援。
同时，阎锡山重视人的作用。经过晋中战役，阎锡山只剩下5个师和一个总队的兵力，加上后来拼凑起来的8个师和两个总队及蒋介石从西安空运来的胡宗南的整编第三十师，总兵力也只有12万人。因此，阎锡山知道要保住太原，就必须采取措施，驱使他的广大官兵和太原人民为他卖命。为此，阎锡山提出“总体战”的方针。
梁化之特写一篇《总体战简介》，其中说：“战争是一切力量的总决赛，其胜败以能否组织运用全力为关键，这是现代兵学家一致所公认的天经地义。戡乱军兴以来，政府为早日敉平匪患，故一再号召实行总体战，其含意不独是军事剿匪，而尤重要于政治与经济的戡乱，不独是前方兵力的角斗，而尤着重于后方全体民众的组训与运用。进一步讲，不只是政治经济与军事的配合，亦不单只是后方的配合；而是要把军事政治经济糅为一体，发挥高度的、综合的、全面的效率，表现出总体的力量。”
于是，阎锡山下令成立了由山西省组、政、教、经负责人组成的“总体行动委员会”，梁化之被任命为主任，督导工作。这个委员会下设办公室和人力、物力、运输、粮食、治安、宣传、慰问、救护、房管、救济等10个部，分工负责。
阎锡山还搞了个战斗城编组，并赋予战时任务，把城内外八个区的11至35岁的妇女约6万人编为妇女助战队；把13至17岁的学生5400人编为少年助战队；把7至12岁的儿童140000人编成儿童助战队，把48至60岁的男子6000余人编为老年助战队。除参加民卫军的壮丁6000余人外，又把所剩壮丁及学生均按18至35、36至47岁分别编为甲、乙级参战队。全市共编13万余人，参加战勤和直接入伍参战。阎锡山把这次编组，誉为“满天星的布置”，说什么“一旦有事，关上大门，一起上房，院守院，街守街，成了天罗地网”。
阎锡山还提出“舍命才能保命，毁家才能保家”的口号。他勒令太原市市民捐献财物，供战争使用。仅1948年10月至1949年2月4次大劳军，搜刮商民财物即达12亿元法币，另外，还有面粉3万多袋，合银洋48万余元。
为了驱使更多的人为他效力，阎锡山在政治上进行了一系列固守太原的宣传。8月16日，他在首脑部检讨会议中说：“你们检讨对我有18条意见，有的是需我改进的，有的是须我修养的，有的是须我注意的。一件事的失败，不能不从领导人求改进：第一，领导者的本身；第二，领导者的方法；第三，是制度问题。综合大家的意见，是‘政治上无赏罚，组织上无纪律’。至于军队上是个人领导取消了，组织领导未上路。我们今后不敢成了失败的继续，要成了发展的开始。要集体努力，群众赏罚，不应走一木支大厦的路线，应走众擎易举的路线。”
9月8日，当美联社记者牟萨问及在形势危急的时候，如外援不够，是否与共产党妥协时，阎锡山说：“我是坚决反共的，永远不会与共产党妥协。……抗战胜利回到太原的第二天，我即开始筑碉，准备和共产党作殊死战。此次战争失败，太原危险的时候，我令我的侍从医官和德国医生研究，配装了500瓶自杀药水，准备到必要时，同我的高级干部一起自杀，我不只不与共产党妥协，而且不做俘虏。”
阎锡山虽然对固守太原进行了一系列准备，决心死守，但他内心并不认为太原已为铜墙铁壁，总的来说对困守太原缺乏足够的信心。10月23 日 ,阎为勉励部下为其效力，亲手写了“任事处危，只须谋其事之所当为，尽其力之所能为，若考虑成败，则离开事效”的条文。此条文明显可以看出，要他的下属对守卫太原无须问询成败，只尽力而为罢了。