8月29日，防守商丘的第八方面军将领焦文典通电投蒋，陇海路西北军陈明仁部于31日攻击开封。鉴于吉鸿昌、梁冠英等已经投降，在开封被围的张维玺等部亦已表示愿意缴械。
蒋凯石见西北军连克数城，俘获大量冯军，也有些着急了。遂急电各部迅速向河北、山东交界挺进，一时间蒋军愈逼愈近，菏泽城内已能隐隐听到炮声。冯在这时，遂陷入在众叛亲离、四面楚歌的苦境。
9月1日，眼看蒋凯石即将战胜冯阎，张汉良通电入关，迅速占领了北平、天津一带。阎冯军队雪上加霜，出现倒戈风。
最后从黄河南岸北撤的西北军，只剩下刘骥的新编第一军，孙连仲的三个师，孙良诚的两个旅和季振同的卫队旅。除孙良诚部先开到山西长治附近外，余部皆分驻于新乡、焦作、清化一带。此外，由豫东过河到达豫北的有鲍刚和张人杰等部，均已残缺不全。
孙连仲在新乡火车站看着大批逃亡的部队，心中无比沮丧。西北军拿下郑州后没有休整，仅半日就占领了济源和焦作。随后从西面和南面杀向新乡，断绝了他退往晋南的希望。现在他只有两条路走，要么向北退往邯郸等地，和晋绥军一起面对津浦路杀来的蒋军，要么向离自己最近的西北军投降。
可他不甘心啊！自己虽然只剩下一万多人，却是堂堂的第五路军总指挥。西北军除了给的钱不少外，对日后的部队整编要求的极为苛刻。军官一律去军校培训半年，部队交给西北军统一整编，这不是断了他们的根基吗！
想到这里，他随即给向长治败退的孙良诚打电话，邀他一起投蒋。孙良诚的部队在陇海县损失很大，手下不到三千人了。
可没想到孙良诚的意思是投北不投南，宁投李天一，不投蒋凯石。这下孙连仲死心了，他一面率军向邯郸撤退，一面暗中派出参谋李汉辉拿着亲笔信去济南找韩复渠。数日后，南京军政部派人携带20慰问金前来安抚，随后命令该部驻扎山东济宁。孙连仲则带着夫人去南京面见蒋凯石，并受到了亲切接见。
鉴于东北军开始入关，李天一下达了总攻击令，要求各部队迅速收复河南全境，并加快对山西的占领。9月2日，宋希濂和陈明仁在孙立人的装甲旅配合下，兵分两路占领了新乡、安阳、濮阳等地。关麟征部与上官云相第四十七师换防，接手商丘，至此河南宣布解放。
徐象谦的第7师占领运城后，随即与张自忠的第三师攻占了晋城，并开始围攻长治县。王冠五、张耀明等部占领临汾后，则一路北上向晋中突破，并于9月5日会同王耀武和杜聿明的部队，将太原包围。此时太原城内只有李生达的第四军和第一保安纵队，全军不足4万人。
孙楚是阎百川的嫡系干将，接到回援山西的命令后，他率第一军果断放弃邯郸，经涉县穿越太行山南麓，星夜兼程向长治进发。可没想到徐象谦来了个围点打援，他让张自忠继续围困长治，自己则率领第7师和赖传湘守备师在东阳关以东的双沟设伏。一战便全歼敌军1.4万人，孙楚及所部官兵被俘达一万多人。
而太原方面，王冠五利用空军的XB-轰1式飞机，不断对关福安的第七军展开沿途轰炸。致使该部还没有到达晋中平原就损失惨重，辎重马匹很多都被消耗在了半路上。好不容易大部队出了山区，迎面就被严阵以待的装甲旅给冲散了。
随同参战的孙蔚如对没捞着仗打极不满意，只好带着步兵旅，开始漫山遍野的抓捕溃兵。此战俘虏1.2万人，击毙2000，关福安下落不明。
察哈尔的冯鹏翥第九军此时都已经进入朔州了，闻知两路援军尽没，只好乖乖的止步不前，生怕重蹈覆辙。
9月12日，被包围在长治的杨登源知道自己已成孤军，便请来败退到此的庞炳勋商量对策。早就和西北军眉来眼去的庞炳勋随即拿出一封劝降电报，告诉他西北军对晋绥军的态度是投降改编，晋军将领可不外调，部队只有4军8师编制，先到先得。杨登源如果第一个反正，占个军长名额是跑不了的。
杨登源听后果然动了心，召集部下商量后，三个旅长全都支持。最终杨登源和庞炳勋联名宣布起义，接受西北军领导。9月13日，长治县城门户大开，守军3万人出城接受整编，长治宣告解放。
长治解放和关福安全军覆没的消息传开后，山西的抵抗就微乎其微了。各县城俱都城门大开，好似迎接王师归北一般。一应政府官员要么挂印辞官，要么组织百姓劳军，各地民团作鸟兽散，地方治安乱成一团。
好在李天一及时来到太原前线，并公布安民告示抚慰当地政府官员，要求他们各司其职，稳定治安。表现突出的，西北军不吝封赏予以重用。李天一的出面安抚，再加上山西本就完备的管理体系，让各地的治安迅速好转，渐渐恢复了秩序。
而完成了在长治的短暂休整后，张自忠、徐象谦等部又开始沿太行山脉西侧，向辽县（左权县）进发，他们的目的是直取昔阳、平定、阳泉等地，占领娘子关。
9月18日，冯焕祥到五台县与阎百川会面。他们鉴于大局急转直下，无法挽回，而蒋凯石又坚持他两人必须下野，遂商定阎将军政交与徐永昌，冯将西北军交与鹿钟麟，他们两人出国暂避。阎百川这时已回不到太原，只好将军政大权作了安排，并声言去日本游历，后跑去大连躲了起来。
冯焕祥就没那么好命了，他的部下要么降了蒋、李，要么各自为政，连鹿钟麟也被迫下野了。最后带着几个警卫回了沧州老家，余部则投靠了张之江和李鸣钟。他们都是早期投降蒋凯石的“西北五虎将”，张之江现任江苏绥靖督办，李鸣钟则为豫皖鄂边区督办。
9月20日，听闻阎百川和冯焕祥下野消息，太原守将李生达本就对阎百川重用杨爱源、王靖国等阿谀奉承之徒不满，又知道已经没有拼死抵抗的意义，随即宣布投降。李生达及部下第十师霍原璧、第十一师段书华、第十二师陈长捷，第一保安纵队司令丰玉玺，总计3.8万人交出了武器，太原兵不血刃的被李天一纳入囊中，
其实李天一真看不上晋绥军，除了傅作义、赵承绶、李生达、陈长捷几个能打的将领外，其它官兵在抗日时的表现都不如29军。唯一让他高兴的莫过于此次占领太原后，他得到了“太原兵工厂”和“火药厂”还有近万的产业工人。
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