邓小平决定立即发动上党战役，给蒋介石、阎锡山一个迎头痛击，以配合渝城国共谈判。

刘伯承抓住史泽波军孤军深入和守备分散的弱点，准备了晋冀鲁豫军区３个主力纵队和一部地方部队，计８万余众的优势兵力待命。计划以主力部击破分散守备的史部一部，而后夺取长治外围各城；同时以大部兵力专打由长治出援的阎军，并乘胜夺取长治城，另歼灭来自太原、平遥出援的阎军。该计划经上报延安并得到了在渝城谈判的[***]、周恩来的最后批准。刘伯承说打就打。９月１０曰，战斗正式打响。经激战１０曰，晋冀鲁豫军区部队先后攻克了屯留、潞城、长子、壶关，全歼了长治外围各城阎守军７０００余人。但由于史泽波十分狡猾，两度出援即迅速缩回，刘邓无法完成歼灭计划，即开始实施第二步计划，利用阎锡山轻敌和救援心切的心态，至１０月６曰止，歼灭间军援军互。８万余人，并于１０月１２自全歼弃城逃窜之敌，活捉了军长史泽波、是役，晋冀鲁豫军区部队取得了以伤亡４０００人的代价，歼灭阎军１１个师及１个挺进纵队，共３.５万余人，缴获山炮２４门，机枪２０００余挺，长短枪１.６万余支的胜利。

消息传到渝城，蒋介石吃了大亏还不能发作，为了逃避舆论谴责，他把战争责任全推到阎老西身上，说此事是间自作主张所为，“中央”并不知道。阎锡山更是吃了哑巴亏，只好自认倒霉。

上党战役直接影响到渝城谈判，战役中蒋介石因对此战存在极大幻想，所以迟迟不肯在已经拟就的已经基本达成协议的（会议纪要》上签字。他企图以战胜之力压迫[***]作出更大让步。然而事与愿违。１０月６曰之后，当蒋介石得悉战况不妙时，再也坐不住了，赶紧派人到红岩村与周恩来联系，表示要尽快在协定上签字。这里应了刘伯承的一句话：“我们这里的仗打得越好，胜利越大，[***]在谈判桌上说话就越有力量。”

蒋介石摘“桃子”在山西吃了亏，但在他数百万军队中算不了什么，何况被歼灭的只是阎老西的晋系杂牌军，无伤其大体。１０月１３曰，《双十协定》墨迹未干，蒋介石又向各战区发出密令。指出：查抗战胜利，曰寇投降，亟应从速建设以完成大业，乃歼匪竟乘机侵入城市，破坏交通，企图破坏统一以遂其割据之阴谋，若不速予剿除，不仅八年抗战前功尽失，且必遗害无穷，使中华民族无复兴之望，我辈将士何以对危难之同胞，更何以对阵亡之将士？贵长官所部自抗战以还，迭著勋功，党国作为长城，中正尤寄厚望。此次剿共为