天黑时，7连的交通壕已经挖到了距离城墙不到20米的距离上，7连开始将交通壕向下掘进，用暗道通到城墙下的合适位置，开挖炸药室。
是夜，解放军指战员冒着不断投下来的手榴弹、手雷，彻夜开挖暗道，终于在27日拂晓前成功挖好了安放炸药的爆破点。
由于安放炸药的爆破室，有几十米是暴露在敌人视线下的交通壕，所以前指决定将总攻时间定在27夜八时，白天继续从四面佯攻运城。
27日夜。
23旅爆破队只用40分钟时间，就快速完成3000公斤炸药的传递、装填和引爆，将城墙炸塌了一处20多米宽的斜坡。
69团张团长带领突击队迅速突入城内战斗。
国军用猛烈炮火轰击突破口，并以成营成连的兵力，沿城墙向突破口轮番反扑，封锁了突破口，解放军第二梯队被隔绝于城外，张团长带领突击队的5个连被国民党军反包围在突破口内。
黄旅长亲自组织部队发起勇猛反击，24旅王旅长也调部队加入争夺突破口的战斗，他们共同夺回了城墙上的突破口。
突破口恢复后，23旅和24旅一起攻进城内，随后，2纵一部分部队也从西门绕到北门攻入城内，经过一夜激烈巷战，解放军全歼守军13万余人，于28日解放了运城，这座古老的凤凰城回到了人民的手里。
28日中午，马晋宁带领“摩托化旅”赶到了临汾，这是解放军三打运城，他第一次赶到临汾，但一切都晚了，得知运城失守，原本慢吞吞行军的胡宗南所部四个旅，当天傍晚就渡过黄河返回河南，让阎锡山两路夹击、夺回运城的计划彻底泡汤了。