【决战开始】
宋军开决汾水，将汾水引入新修的围城堤坝中，很快，城外变成一片汪洋。赵匡胤驾临太原城东南，下令把强弩架设在小舟上，然后靠近城墙射击。这应该是冷兵器时代的驱逐舰了。
然而赵匡胤应该不会知道一条水战基本原则，那就是水面舰艇应该竭尽所能地避免与岸上的要塞交火。一直到近代，如果攻守双方在装备上不存在代差的话，舰队在要塞面前处于绝对的劣势：
首先，受船体结构和吃水线等客观条件的限制，舰载巨弩或火炮的口径存在天花板，而陆地上的碉堡要塞却无此限制，也就是说在纯伤害输出的数据上，舰船明显吃亏；
其次，同样基于上述原因，要塞拥有着上不封顶的防御体系，相比之下，舰船的护甲简直薄如纸壳；
第三，地面上的要塞可以随时补充人员、弹药等资源，维修起来也更加方便，几乎是无限续航，相比之下，舰船则是一次性玩具。
果然，在守军的顽强抵抗之下，宋军损失极为惨重。内外马步军都军头王廷义被箭矢爆头，当场牺牲；殿前都指挥使石汉卿中箭落水牺牲。
闰5月，南城被水冲开一道缺口，洪水从外城奔腾涌入内城，城中惊扰。守军抢险救灾，打算修筑防水墙。宋军弓弩手予以火力压制，防水墙工程迟迟不能完工。忽然间，有大量干草和木头从城里漂来，完全免疫宋军的远程输出，于是北汉将士利用这些柴薪淤塞住缺口，将洪水重新挡在城外。
紧接着，北汉守军从西门涌出，意在破坏宋军的攻城器械，双方随即爆发激烈交火，北汉军损失惨重，超过一万人被杀，只得退回城内休整。
当天晚上，忽然有人向宋军营寨喊话，“我主投降啦！”
太原被围困数月，又新遭水淹，几番突围均遭失败，损失惨重，在这种情况下，北汉刘继元的投降似乎在情理之中。赵匡胤对此深信不疑，立即下令仪仗队列队，开门迎降。
“慢！”
赵匡胤的亲信八作使赵璲急忙拦截，说道：“受降如受敌，须以临战姿态处之。何况，哪儿有半夜三更忽然投降的？”
平两湖时，赵璲就奉命前往潭州与张文表接触。此人沉稳老练，遇事冷静，是不可多得的智囊。赵璲的一句话立刻点醒了赵匡胤，于是紧闭寨门，全员进入战斗状态，派侦查员前往侦查，侦查员很快传回情报：太原诈降！
赵匡胤抹一把额头的冷汗，恐惧之后往往会产生愤怒的情绪，赵匡胤下令加大攻势，用轻舟载柴薪，集中焚烧太原南门。
太原守军的顽强抵抗，宋军禁军将领李怀忠被流箭击中，身负重伤，几乎就要牺牲，被抬下来后，赵匡胤赶来关切。李怀忠挣扎着，向赵匡胤说道：“敌势已困，现在才是关键时刻，我们只要挑选一批敢死队，那就直接一波了。”
话音刚落，一旁的殿前都虞侯赵廷翰立即跪倒，殿前司的其余将领也纷纷跪地表忠心，争先恐后地报名敢死队，哭着喊着要肝脑涂地以报君恩。
赵匡胤老泪纵横，对他们说道：“你们都是我一手带出来的心腹爱将，无不以一当百，然而我之所以把你们带在身边，是因咱们情同手足。我宁可不要太原，也不愿让你们白白送死！”
诸将被深深感动，稀里哗啦的哭成一片。
仅在本书中，类似的攻城战就出现过不止一次，都是在这种最激烈最胶着的时刻，攻城方动用一批敢死队，一鼓作气登上城墙并最终攻克城池。赵匡胤是一位身经百战的老将，早年也曾亲自指挥过类似场面，不可能不知功亏一篑的道理，然而他还是选择了放弃，这是为何？
有观点认为这里其实是一处伏笔，那就是赵匡胤确实舍不得赵廷翰这帮人，但原因绝不是什么手足战友情，而是要防备“那一个人”——赵光义。如今的赵光义很有当年赵匡胤的影子，羽翼渐丰，如果赵匡胤把自己的嫡系力量全部消耗在太原城下，就没有足够的力量来制衡留守汴州的赵光义，“陈桥兵变”的大戏就可能重现。
除此之外，外部环境也不容乐观。
先说太原守军。
北汉顽强的抵抗意志超出了赵匡胤的预期。谁都知道汉宋之间实力的差距，刘承钧就曾亲口承认北汉的实力不如大宋的十分之一，大宋对北汉完全是碾压性优势，战争之初，大宋也的确势如破竹，长驱直入，开局就打成了水晶保卫战。赵匡胤事先又安排好了阻击辽国援兵的计划，并且取得了一定成效，辽国暂时无法支援。赵匡胤在潞州驻跸的时候，抓住一个北汉奸细，审问中，奸细也说太原百姓日夜盼望王师，渴望被解放。