为了早日拿下太原城，赵光义身穿铠甲，冒着枪林弹雨到前线视察指挥，而每当左右劝谏，他就会慷慨陈辞道：“将士争效命于锋镝之下，朕岂忍坐观？”宋军将士大受感动，于是“人百其勇，皆冒死先登”，士气高涨。
在远程的火力压制之下，宋军使用了传统的“洞屋”，俗称“攻城车”，在影视作品和电子游戏中，一般都是一台可以移动的木质屋子，士兵躲在里面，慢慢移动到城墙或城门下，“屋子”里一般会有一根巨大的撞锤，用来撞开城门。
在实际作战中，除了撞击城门，洞屋的主要目标其实是城墙，当贴近城墙后，靠墙的护板是可以打开的（或者根本没有），士兵可以对城墙进行土工作业，用铁镐把城墙挖开。即便到了二战，战场上亦有洞屋的身影。
由此可见，大杀器往往是以最简洁的形象出现，朴实无华而又经久耐用，皮实耐造童叟无欺。
克制洞屋的方法也有很多，比如挖壕沟、护城河，让洞屋无法靠近；用大石头、大木头往下砸；用长钩杆把“屋顶”挑开，再用弓弩射击；用火攻；把油、人体排泄物煮沸，浇下去……
在电影《八佰》中有一个桥段，鬼子用钢板组成人体洞屋，意图在四行仓库的墙上埋设炸药，远程射手则对高处的我军进行火力压制，而我军勇士则抱着炸药包跳进“洞屋”，与之同归于尽。
在一千多年前的太原城下，宋军在“范佛里特弹药量”的加持下，百道攻城，无数洞屋如可怕的行军蚁群一样，聚集到太原城下，慢慢啃噬那一段段古老坚硬而又残破不堪的城墙。
赵光义正巡视到李汉琼的防区，见李汉琼正率部向城墙发动强攻。赵光义欣慰地点点头，刚要指示大家“向李汉琼同志学习”的时候，李汉琼就在众目睽睽之下被一箭爆头（矢集其脑，又中指，伤甚）。
在慰劳慰劳李汉琼的时候，赵光义表示要亲自到洞屋里慰问在那里浴血奋战的将士，一句话让李汉琼垂死病中惊坐起，泣谏道：“太原孤城，危如累卵，破城只在旦夕之间，且洞屋是敌人集火的目标，矢石如雨，陛下没必要在胜利前夕冒如此巨大的风险！陛下若坚持前往，那臣先自杀！”
在李汉琼的以死相逼之下，赵光义终于打消了前去洞屋慰问的打算。
5月1日，赵光义到城西南角视察，经过一天一夜的激战，5月2日清晨，在第一缕阳光的照射下，宋军攻陷瓮城。
北汉宣徽使范超出城投降，结果被宋军误以为是出城迎战的，二话不说就将他绳捆索绑，送到指挥官面前。
“哎，你们听我解释……”
激战中，谁有工夫听你辩解？宋军办事效率极高，以最快的速度将范超就地斩首。
宋军不知他是来投降，但北汉知道，刘继元下令把范超的老婆孩子抓起来，满门抄斩，人头扔到城外。
两天后，北汉另一高官——马步军都指挥使郭万超前来投诚，这一次没有闹误会，宋军欣然接纳。
宣徽使与枢密使、皇城使曾被我们合称为“三使帮”，是唐朝官僚体系中最值钱的“使”。宣徽使与马步军都指挥使的相继投降，极大影响了北汉守军的士气，北汉官方记载说自此之后，亲信之臣或逃或降，士气濒临崩盘。
次日，赵光义来到城南阵地，向诸将发表了慷慨激昂的演讲，演讲的最后，赵光义用一句话把气氛推向了高潮：“明天中午，在城中吃午餐！”随后给刘继元写去一封劝降信，算是最后通牒。
赵光义在信中摆事实讲道理，苦口婆心劝刘继元识时务，“越王、吴王献地归朝，或授予大藩、或列于上将，臣僚子弟皆享官封。继元速降，当保富贵。”
激烈的战斗从白天持续到夜晚，人们忽然发现太原上空多了一朵白云，白云飘飘如人状，众人不解。
第二天早晨，距离赵光义破城的最后期限越来越近，宋军将士们在重大的压力之下爆发出惊人的斗志，士兵们发疯一样地涌向城墙，如同欧美丧尸片。赵光义却突然下令后撤，史官解释说是因为赵光义怕这批杀红眼的将士会屠城。
激战多日的战场忽然变得一片死寂，带给守军毛骨悚然的窒息感。北汉退休宰相、枢密使马峰已经病入膏肓，卧床久矣，他让人把自己抬进宫中觐见刘继元。马峰边哭边向刘继元分析利害，劝他不要执迷不悟。经过一番权衡之后，刘继元终于决定投降。
当天晚上，刘继元派外交部长（客省使）李勋出城献上降书顺表。赵光义赐给李勋袭衣金银等礼物，派通事舍人薛文宝持诏书入城宣谕抚慰，随后登上城北的城门楼，大宴群臣，接受投降。
次日黎明，刘继元率领文武百官，身穿素服纱帽，在城门楼下待罪。赵光义下令释罪登台，让刘继元上来聊聊。
踏着沉重的脚步，楼梯是那么的漫长。刘继元登楼，跪地磕头，“说出来你可能不信……臣听说陛下莅临敝城，就想负荆请罪、开城投降，之所以让陛下风餐露宿多日，还敢冒犯天朝军威，全是因为奸臣怕死，胁迫绑架我，使我不能早降……”
赵光义表示理解，“那些奸臣在哪儿？”
很快，这些“奸臣”全被抓来，赵光义下令全部斩首。看着城下的尸山血海，赵光义扭头对随驾而来的钱弘俶说道：“你能保全一方归于我，使两浙生灵免遭此祸，实在是大功一件！”
有部分史料（如《九国志》）记载，在这场围太原攻坚战中，赵光义还使用了水攻，即决汾河，水淹太原。但正史和实录中并未记载，我个人认为很可能是把太祖“三征北汉”时的水攻混淆。
随着刘继元的投降，盘踞在河东太原府的北汉割据政权宣告灭亡，大宋收复河东一军、十州、四十一县、三万五千二百二十户、三万兵。