11月6日晨，晉察冀野戰軍對石門發起攻擊，至8日，全部肅清外圍據點。其中大郭村飛機場與石門東北郊制高點雲盤山的爭奪戰最為激烈。
戰鬥打響後不久，冀晉軍區部隊就包圍了飛機場。守敵為保障這唯一的空中通道，於當日8時組織保安第9團主力，在飛機掩護下進行反撲。7日拂曉，冀晉軍區獨立第1、第2旅分別從東北、西北兩面出擊，消滅保安第9團1個營，佔領了飛機場。
雲盤山是距外市溝約600米的一個制高點，高約15米，面積240平方米，為石門東北的唯一屏障。守敵為保警大隊1個加強連，以山上的一座廟宇為核心修築了永久性或半永久性的防禦工事，配置了4挺重機槍、9挺輕機槍、4門60炮，構成了嚴密的交叉火網，自詡為「鐵打的雲盤山」。第4縱隊第10旅第30團第3營第8連，在全團炮火掩護下，以坑道爆破與地面爆破相結合的戰法，於8日6時發起攻擊，僅經10分鐘戰鬥即佔領了雲盤山。
在外圍戰鬥的同時，各攻擊部隊從6日夜開始土工作業，改造地形。至8日晨，交通壕伸至距外市溝百米以內，坑道挖至外市溝的外沿。
11月8日16時，晉察冀野戰軍對外市溝發起總攻。各部隊在強大炮火掩護下，結合坑道爆破，迅速突破外市溝。至9日晨，內外市溝之間除幾個據點外，其餘均被攻佔。
內市溝為守敵的第二道防線，也是其主要防線。9日晚，攻擊部隊展開土工作業，改造地形，搶修交通壕和坑道，拂曉前完成了突擊準備。10日16時，晉察冀野戰軍對守敵第二道防線發起攻擊。第3縱隊第8旅第23團的爆破隊利用坑道爆破首先突入內市溝，僅6分鐘即開闢了通道，至18時，全旅攻入第二防線，佔領東里村、西南兵營。
第7旅由西里村突擊，至17日上午，大部攻入市區，佔領中華路、復興路，並向北兵營發展。第4縱隊第10、第12旅自東面並肩突入市溝，佔領休門及中正路東側市區。冀晉軍區部隊11日攻克北焦村，接著突入內市溝，向北兵營逼近。冀中軍區部隊除一部圍攻元村、彭村外，主力自東南突入，佔領大興紗廠，向北發展進攻。至11日12時，攻城部隊全部進入市街戰鬥。
11月12日晨，晉察冀野戰軍對大石橋地區之火車站、正太飯店等核心陣地展開攻擊。守敵第32師師長劉英指揮殘部，據守核心工事，負隅頑抗，妄圖固守待援。國民黨空軍出動轟炸機、戰鬥機對解放軍陣地實施空中打擊。為加快進攻速度，第4縱隊將預備隊第11旅投入市街戰鬥。該旅奉命攻擊火車站和正太飯店。
經過激烈的戰鬥，第11旅攻佔了這兩個核心據點。是日8時，第3縱隊從西面和南面，第4縱隊從東面和東北面，冀晉軍區部隊從西北向守敵指揮中心大石橋地區發起猛烈攻擊。激戰至11時，敵軍停止抵抗，劉英等人被俘。歷時6晝夜的石門攻堅戰，勝利結束。
石門解放後，冀中軍區獨立第7、第8旅乘勝南進，在太行軍區第34、第35團配合下和華東軍區榴炮營、晉察冀軍區野炮營和第3縱隊工兵營支援下，對元氏縣城發起攻擊。11月17日，攻佔元氏四關，隨即進行了13個晝夜的土工作業，挖成坑道24條，每條裝葯3000公斤以上。12月3日15時，發起總攻，至19時戰鬥結束。全殲河北保安第5團等部5000餘人，擊斃團長魏永和。至此，石門及其附近地區獲得解放。石門市解放後，改稱石家莊市。