空軍進行制空權搶奪的同時，地面進軍也同步開始了。白崇禧根本沒有想過空軍未能成功奪取制空權怎麼辦，因爲何俊才告訴過他那是不可能的情況，中國空軍自從何俊才主持以來還未嘗一敗。
白崇禧的石家莊會戰計劃準備了足足有3個月，從豫東會戰結束的時候他就開始策劃了。所以當落在運城機場的炸彈爆炸開來後，幾個戰區的部隊幾乎同時開始了進軍。
包頭被最先拿下，幾個月前林一的裝甲部隊奇襲包頭，並將其所有的物資搶運一空以後，包頭這個西北和東北的貿易中樞就一直沒有恢復回來。日軍駐蒙軍派遣了一個步兵旅團駐紮在包頭，可是從呼和浩特到包頭的日軍後勤線路一直不暢通。原因是人民黨在蒙古大力發展了騎兵，這一來如風、去無影的兵種使得人民黨的軍隊將“游擊戰”發揮到了極致，頗有當年成吉思汗的風采，打得日軍和僞蒙軍摸不着頭腦。
有了人民黨的游擊隊在後方騷擾策應，第八戰區的軍隊只用了一天時間就攻克了包頭，並殲滅了一個大隊的日軍，其他的日軍倉皇逃往呼和浩特，途中還被游擊隊截下了不少。這一戰無論是第八戰區還是人民黨的游擊隊都繳獲頗豐，那些嶄新的三八式步槍、歪把子機槍和擲彈筒可都是上好的貨色，之前在日軍和那些駐紮在綏遠的僞軍手上可算是蒙塵了。正是因爲有豐富的繳獲，所有抗日的軍隊都士氣高漲，特別是對上那些一戰擊潰的僞軍的時候。
隨着岡村寧次撤退的命令下達，其他幾路中隊的進軍也相當的迅速。李宗仁的第五戰區的新編第四集團軍沿着津浦線一路向北攻破了日軍防守的棗莊、濟寧兩地，兵峰直指泰安等日軍在濟南附近部署的外圍陣地。這還是因爲新編第四集團軍成立時間較晚，並未經過長時間的訓練，對重型武器掌握還不成熟之故。況且爲新編第四集團軍提供空中支援的是第一航空軍的攻擊機師，溝通起來流程較長。
相比起來，新編第一集團軍的進攻就得心應手了。新編第一集團軍是國民革命軍中最早接受新式整編的軍隊，而且在緬甸的戰場上和日軍硬碰硬，已經是王牌中的王牌，這樣的順風順水的仗當然不成在話下。孫立人的新一軍從運城出發，用了兩天時間殲滅了在三門峽地區佈防的日軍。話說日本人的工事都修在面對黃河一面，對北面來進攻的新一軍真是一點辦法都沒有，只有坐以待斃。等到這些河防工事全部被佔領後，第一戰區的其餘軍隊開始渡河接替新一軍的陣地，然後新一軍掉頭向北進攻。由於新一軍已經是全機械化的部隊，所以運動起來十分神速。再加上前方一直有自己的陸航團在不停地俯衝轟炸予以開路，所以新一軍不費吹灰之力就佔領了晉城和長治，面向太原和石家莊的道路被打開了。
新編第一集團軍的另外一部，也就是王耀武的新二軍和戴安瀾的新三軍則在集團軍司令羅卓英的親自帶領下沿着平漢線往北推進。直到9月5日已經相繼攻克了新鄉、安陽和邯鄲。雖然這一路軍實力最強，但是由於其擔任了主攻的任務，所以羅卓英一路打得非常的謹慎。一邊進軍一邊對鐵路、公路和沿線的野戰機場進行修復，力保有足夠的後勤物資運抵前線。現在中隊佔據了天時、地利、人和，只要自己不冒進就能穩穩地獲得戰役的勝利。
在幾路的進軍中，最值得一提的是第二戰區。他們肩負則攻佔太原，並協助從西面進攻石家莊的任務。第二戰區派出了兩個集團軍執行這項任務，一個是剛剛轉隸給第二戰區的新編第二集團軍，同時其集團軍司令杜聿明還兼任了第二戰區的副司令長官，負責在山西建立前敵司令部，全權指揮第二戰區的此次作戰任務。
新編第二集團軍從西安出發，沿着蒲城、澄城，然後在韓城渡過黃河，攻佔了臨汾，抵達了太原的南部。新編第二集團軍也有陸航團，前期他們的強一天襲者攻擊機從西安出發對倉皇逃竄的日軍發起了猛烈的轟炸，並且掩護了地面部隊的渡河過程。緊接着在攻克的臨汾和運城地區，新編第二集團軍緊急修復了這裡的機場，使其能爲陸航團服務，這樣一來空對地的火力支援就變得更加便捷了，有力地增強了新編第二集團軍的攻堅力量。
第二戰區另外一支軍隊就顯得很特別，那就是朱將軍率領的第十八集團軍。第十八集團軍歸屬人民黨的領導，經過1937年來一直的抗戰和發展，已經壯大到數十萬人的軍隊。除了派去蒙古的兩個主力師外，剩下的3個主力師編成一個軍全力參與了此次進攻，只留下部分地方部隊守衛邊區。之所以這一次人民黨能派出那麼多的主力軍隊來進攻日軍，那是因爲人民黨已經看到日軍的覆滅就在眼前，在這過程中必須打出自己的威風，展示自己的實力，這樣才能在將來的聯合政府中擁有更多的話語權。再加上這幾年之中軍械、軍費的不斷不足，也使得人民軍內部鼓足了幹勁，要跟日本人幹上一架。林一在包頭和蒙古的成功使得人民軍其他將領都很羨慕，希望自己也能充分投身到這一生中最重要的事業中去。當然了，何俊才也私下地向周先生作出了保證，絕對不會出現第八戰區和第二戰區趁着邊區兵力空虛而偷襲的情況。這空軍第一人都這麼說，那周先生自然是信任了。
第十八集團軍的主力軍如下山的猛虎般憋足了勁，從延安出發，在吳堡附近分批渡過黃河，直插呂梁。呂梁原本就是人民軍的游擊區，日軍只有一個大隊駐紮在呂梁縣城中。缺少彈藥的游擊隊一見正規軍的到來，自然是十分歡欣鼓舞，帶路直奔呂梁縣城。幾發炮彈就將破舊的城門給轟開了，然後在機槍火力的掩護下，129師只用了一個衝鋒就光復了呂梁縣城。將呂梁拋給游擊隊去建立根據地、發動羣衆、運送繳獲物資的同時，主力軍繼續向東沿着汾陽、文水、交城、清徐直撲太原，在當地地下黨成員的幫助下，進展甚至比新編第二集團軍還要快速。
9月15日，第十八集團軍在太原西面和北面，新編第二集團軍在太原南面和東面擺開了攻城的陣勢。155毫米重型榴彈炮在校炮飛機的引導下精確地對部署在太原城中各個制高點的日軍火炮進行定點清除。日軍第一軍得到岡村寧次的命令，已經將所屬的三個師團全部撤回，現在有兩個師團駐守在太原，另外一個師團被抽調加強石家莊的防禦。面對十多萬中隊，在太原城中的日軍只得瑟瑟發抖，後路已經被切斷，他們已經被團團圍住，天上到處都是發出巨大轟鳴聲的中國人的攻擊機，只要暴露目標就會被其機炮掃射。
第二天白天，攻城戰正式開始，新編第二集團軍依仗着強大的火力發動了進攻。但是已經失去撤退希望的日本人卻異常頑固，給了新編第二集團軍迎頭一擊，連坦克都被日軍敢死隊炸燬了數倆。反觀第十八集團軍一方卻較爲平靜，只是跟城牆上的日軍對射了一番。新編第二集團軍司令杜聿明心感不快，作爲前敵總指揮，他派人去詢問，得到了一個答覆，於是他的軍隊也停止了進攻。
當日夜間，太原城中潛伏的人民黨的地下黨發動了準備已久的武裝暴動，被策反的僞軍看到了生還的希望，向日軍射出了子彈，並打開了城門。潛伏在外的中隊一擁而入，睡夢中的日本人還不知道緣由就被打死打傷，很多成爲了俘虜。就這樣依靠人民軍的內應，第二戰區損失很小地拿下了堅固的太原城。岡村寧次指定要求死守的幾座城市之一失守了。
太原失守的第三天，濟南也回到了國民政府的懷抱。原本在豫東會戰、蘇北會戰中，駐守山東的日軍第十二軍就遭到了較大的損失。對上擁有空中支援的新編第四集團軍當然是很吃虧，況且濟南沒有像太原那般堅固的城防。在幾次炮擊後，城牆就成段垮塌，日軍第十二軍司令知道事不可爲，在得到岡村寧次命令後，趁夜帶兵撤退回了石家莊。走得之匆忙連日軍的各個產業、各種輜重都甩給了新編第四集團軍。
新編第四集團軍組織了簡單的入城儀式後，就有秩序地進入了濟南。值得注意的是，濟南城中有數萬日軍橋民尚未逃離，這些人在日本人統治的時候爲非作歹，甚至收集情報、充當間諜，現在看見帶着鋼盔，穿着嶄新軍裝的國民革命軍開進了城中，他們一個二個的臉上都是死灰死灰的表情。