北線各部隨即聞風而散。
這樣，原定的依城野戰計劃成了一紙空文，剩下的便是傅作義孤軍守太原。
11月5日上午，傅作義將他的指揮部從平民中學搬入綏署大院內。4日夜12時之前，所有的守城部隊都已入城完畢，並到達指定的位置嚴陣以待，傅作義對此感到滿意。他下令從5日凌晨起，開始封城，除大南門因城內物資仍在向外輸送，暫可通行外，其余各城門全部封閉，斷絕交通。
傅作義剛把指揮所布置完畢，新任第二戰區前敵總指揮衛立煌前來辭行。在忻口前線，衛立煌住忻縣，傅作義住金山鋪，他們見面的機會並不多。但是，他們彼此仰慕對方的功名和品德，每次交談都能留下極為深刻的印象。昨日上午，衛立煌剛從忻縣趕回太原，即來到傅作義寓所拜訪。當談到城內尚有不少多余的武器彈藥時，他們二人研究後決定，除了留下守城所需的軍用物資以外，其余的武器都以衛立煌的名義，就近撥給八路軍，作為抵抗日軍之用。
這天，這兩位被認為是國民黨軍隊中最能打仗的將領，再一次從對方那里感受到了人格的力量。
衛立煌說︰「閻司令長官和黃副司令長官都走了。現在敵人已佔領太原外圍的山地，他們是居高臨下，太原城完全在人家炮火的有效射程之內，況且還有飛機助戰，孤城豈能守住?宜生兄雖有守涿州的經驗，可那是10年前的事了，當時的對手是裝備一般的奉軍，如今的敵人是現代化堅甲利兵的日軍，怎好同日而語?」
傅作義說︰「衛總司令的分析作義完全贊同，但是，太原已成為華北最重要的城市，輕易放棄，則我輩軍人有負國家和民眾養育。[]作義既已答應守城，理應盡力支撐危局。至于後果，現在考慮不了那許多。」
衛立煌也許這時候想到了在忻口壯烈犧牲的第9軍軍長郝夢齡，他決不忍心看到傅作義會是這樣的結局，于是，毫不猶豫地說︰「是呵，你現在受命于危難之際，不過我看太原是無法固守下去的。從全局看問題，還是因時制宜為好，必要時，須要撤就撤。撤出太原的責任由我來負好了!」
傅作義極為感動︰「作義永遠難忘衛總司令的關懷!」
隨後，衛立煌掏出筆記本，唰地撕下一頁白紙——他以第二戰區前敵總指揮的名義，寫下「相機撤退」的手令，鄭重地遞給傅作義。
時候不早了，傅作義還要去城內各處檢查部隊進入陣地情況，衛立煌告辭。臨上汽車前，二人緊緊握別。衛立煌又一次關照說︰「宜生兄，請你保重，我暫在汾河西岸指揮，請你多與我聯系。」
衛立煌離開太原後，總覺得還不放心，他擔心如果太原丟在傅作義手中，會引起蔣介石的惱怒和閻錫山的加害。所以，他想了想，又親擬一份電報，將太原軍事會議的情況、守太原的部署、傅部歷次參加抗擊日軍的戰績，以及部隊減員情況，還有閻錫山當初不得不處決原第61軍軍長李服膺的經過，均如實地電呈蔣介石。這份電報，後來確實助了傅作義一臂之力。
正是11月5日這一天，華中日軍在杭州灣登陸成功，淞滬戰場的局勢頓時惡化。而太原守城戰即將開始。
11月5日下午，傅作義召集守城部隊連以上軍官訓話。他說︰「我們要守住太原城，阻止敵人前進，才能掩護大部隊和太原市民及物資安全轉移。」接著，他用通俗的語言比喻守城之戰，他說︰「現在城門已封得差不多了，我們城內的官兵，就像活人躺在棺材里，只差釘上棺材蓋了。如果我們齊心協力守住太原城，就能把棺材蓋子給頂開了，大家也就得救了。否則，棺材蓋子就被敵人給咱釘死了。」
傅作義抬高嗓音，繼續說︰「困獸猶斗，我們抗日軍人，為何不能和敵人決一死戰呢？希望弟兄們發揚為國家、為民族英勇獻身的愛國精神，努力殺敵，完成保衛太原城的光榮任務!」
最後，傅作義慷慨激昂地說︰「我們必須堅決奮斗，盡到守土抗戰的神聖職責!」
傅作義的訓話給了守城將士很大鼓舞，但他表示與太原城共存亡的決心——「活人躺在棺材里，只差釘上棺材蓋了」——自然也嚇跑了不少膽小鬼。20多年後，參加過太原守城戰的綏遠省警察局督察長韓伯琴回憶道︰「當天晚上，不只士兵和下級軍官有越城潛逃的，就連總部里傅的親隨中校副官尹紹伊、第35軍上校處長李榮驊等，也都乘黃昏封城的空子，相偕出走。」
已經到了最後時刻，但**代表周恩來仍然沒有出城。5日下午，周恩來和彭雪楓安排八路軍駐太原辦事處的工作人員撤退完畢，並組織群眾將衛立煌和傅作義贈送的武器全部搶運出去後，他和彭雪楓來綏署大院同傅作義告別。
傅作義驚訝地說︰「怎麼，周先生還沒走？剛才接到218旅報告，今日敵人已與我軍發生前哨戰，在城東十幾里處，也已發現敵人騎兵偵察部隊。敵人很快就要攻城，請周先生趕快出城吧!」
周恩來幽默地說︰「傅將軍，你還沒有發給我通行證呀!」
傅作義即刻叫過機要秘書王克俊︰「你馬上安排周、彭二位先生從水西門走，出水西門不遠就是汾河橋，那里還好走一些。」
臨別，周恩來用他炯亮的目光凝視著傅作義——這位他非常喜愛和尊重的熱血將軍，語重心長地說︰「傅將軍守城名將，是可信賴的。但抗日戰爭，是長期的戰爭，焦土抗戰的主張是錯誤的；只顧一城一地的得失也是不足為訓的。要著眼于爭取最後的勝利。能爭取時間就是勝利，能保存有生力量就是勝利。務請深思。」
傅作義的心被深深地震撼了。
到11月5日晚上，太原城四面城門都已關閉。晚8時許，周恩來等人來到水西門。水西門的守軍在接到總司令部的命令後，只好派人從預留的道路口搬開沙包，放周恩來等人出城。
隨行的人手心里都捏著一把汗——風聞攻城的日軍已接近太原城，關閉了城門的太原已是一座死城，如果再晚一些就難出來了。但是，剛剛出城的周恩來看到汾河橋梁被國民黨的軍用汽車堵塞，逃難人群的狀況混亂而淒慘，周恩來眉頭緊皺，當即又轉身回城，找到太原城防司令部參謀長郗莘田，向他提出掩護逃難群眾撤離的措施，然後才重新出城。這時已是晚上10時許。他步行過橋，乘坐預先停放在汾河對面的八路軍駐太原辦事處的運輸汽車，先過汾陽，再轉至臨汾。
20天後，周恩來返回延安。周恩來的山西之行一共兩個半月，這兩個多月的時間里，山西、華北，乃至全國的形勢都發生了令人眼花繚亂的變化……
太原城里，該走的人都走了。傅作義送別周恩來後，到附近的陣地轉了轉，回來時已是深夜。他的總指揮部就設在綏署大院內自省堂前面大樓的地下室內，他坐在桌前，思緒萬千。回憶一下這幾天來的遭遇，他再一次領略了老長官閻錫山的為人；**代表周恩來的教誨極其重要，令他頓悟；衛立煌對他的關照使他感動。但是，他仍然認為自己既已接受了守太原的責任，就只能堅決執行，非到萬不得已時，不能中途更改——他就是這樣一個人，這才符合他的性格。
眼下，太原城外那些「依城野戰」的部隊無影無蹤了，晉北和晉東兩個方向的強大日軍自然會無任何顧慮地全力攻城，太原到底能守多少時間？……他有些不敢往下想，但是，他必須面對現實。
不知過了多長時間，傅作義像突然想起什麼，順手從面前的筆筒里抓過一支毛筆，展開一張信箋，給大哥傅作仁寫了一封遺囑式的信件︰
……我奉命在平綏線擔任前敵指揮，雖經**浴血奮戰，仍未能阻止日寇的瘋狂進攻。目前戰火已燒到太原附近，我已奉命擔任太原城防司令，肩負保衛太原之責。須知此次對日寇之戰是一次外御頑敵和保衛祖國之戰，它關系到我們國家的存亡和民族的興衰。全國人民奮起抗戰，人人有責。作義身為軍人，更是守土有責，責無旁貸。作義自幼從軍，戎馬半生，只知為國為民，早置生死于度外，只要一息尚存，誓與日寇血戰到底，為國捐軀，義無反顧。
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