1946年6月，蒋介石完成了大规模内战的准备后，撕毁国共两党在美国调停下签订的“停战协定”，对各解放区发动了全面进攻。

全面内战爆发前夕，中共已预见到蒋介石必将大打。由于国民党军在兵力与装备上占据绝对优势，中共中央对全面内战的总体指导思想是“以打促和”。中央军委的战略部署是向国统区举行大规模反击作战，即向外线进攻。在北方夺取三路四城(即正太路、同蒲路和平汉路北段，四城即大同、太原、保定、石家庄)。

在此战略部署下，6月16日晋绥军区发动了晋北战役，历时两个月，歼灭山西国民党军阎锡山部8600余人，攻克九座县城。使晋北重镇大同成为一座孤城。

大同是山西的北大门，是阎锡山在晋北最后一个据点。也是晋察冀与晋绥两解放区在联成一片的惟一障碍。由于其地位极为重要，还在晋北战役中期，晋察冀军区就开始酝酿夺取大同。8月2日，聂荣臻主持召开了晋察冀和晋绥军区联席会议，具体讨论了攻打大同问的方案。尽管会上有人提出大同城坚，我军缺乏炮兵和攻坚经验，应先打平汉线上敌人的薄弱环节的建议，但大多数人还是认为攻取大同有把握。晋绥野战军副司令员张宗逊提到傅作义派兵东援大同的可能性。但大家又认为，国民党军历来喜欢各自打扫门前雪，各管各地盘，援救友军不肯出全力。出身晋军的傅作义曾受阎锡山压制，本来就有积怨，再加上大同又不是傅作义的管辖范围，所以他出援的可能性不大。即使傅作义出援，兵力也不会很大，最多做个样子。因此，会议决定发动大同战役。晋察冀野战军派出5个旅零3个团，晋绥野战军派出1个旅零两个小团(无营级机构，每团直辖5个连)联合作战。吸取绥远战役的教训，为统一指挥，组成了大同前线指挥部，由张宗逊任司令员，罗瑞卿任政委，杨成武任副政委。

7月31日，盛夏酷暑，大同战役打响了。战前会议上原计划20天扫清外围，再10天拿下大同。然而由于阎锡山事先预料到解放军晋北取胜后一定会进攻大同，提前做好了充分准备。所以大同外围战进行的相当艰苦，足足打了34天才扫清外围。

大同被围，除了阎锡山着急，远在南京的蒋介石也十分关注。蒋介石十分清楚阎锡山打不了仗。蒋介石又非常不愿丢掉大同这个战略要点，但其嫡系中央军远水又救不了近火，只好令绥远的傅作义发兵增援。而傅作义聪明过人，他清楚大同是阎锡山第2战区地盘，要他损兵折将为“阎老西”做嫁衣，他才不干那种傻事。因此以各种理由拖延，按兵不动。傅作义迟迟不出兵，蒋介石就着了急。赶快与幕僚们商议，想出一计。签发一道命令，把大同划归傅作义第12战区管辖。如此一来，大同就成了傅作义的地盘。

早对大同觊觎已久的傅作义立即积极了起来。先派周北峰赴解放区，与解放军大同前线指挥部谈判，施行缓兵之计。同时，他召开了参战部队团以上军官会议，对作战要旨和部署作了详细讲解。然后集结了第35军新编31师、暂编第3军两个师，及4个骑兵师，共3万多人，于9月3日分南、中、北三路向卓资山、集宁进发，以救援大同。傅部名将董其武担任第一线主攻部队指挥官，孙兰峰为骑兵总指挥。

解放军根本没料到傅作义部行动如此神速，出动兵力如此之多，在大同北面的要点卓资山只放了1个旅阻击。在傅部猛攻下，9月5日卓资山失守。大同前线形势突变。前线指挥部决定首先歼灭傅作义增援部队，然后再攻打大同。张宗逊和罗瑞卿亲率3个旅北上打援，由于兵力不足，急忙增调杨得志的晋察冀第一纵队参加大同战役，通知其火速增援。

卓资山失守后，由于侦察不力，通讯联络不畅。大同前线指挥部错误地将打援部队集结在麦胡图附近。而傅作义部主力暂编第11师、暂编17师、新编31师却秘密绕道东进，到达大同西北要地集宁附近。解放军指挥部直到9月8日才得知这一情况，遂急速将部队转向集宁。著名的集宁会战拉开了序幕。

9月9日，大同前线指挥部和先头部队赶到集宁南郊。第二天上午8时，傅军3个师在空军配合下对集宁城发起攻击。此时，防守集宁的只有解放军绥蒙军区两个小团和配属作战的第27团，兵力单薄。好在守军英勇坚持到了晋绥军区358旅和独1旅赶到。这两个旅已经过上百里路的急行军，赶到集宁后，不顾疲劳，立即投入了战斗。11日，晋察冀军区陈正湘纵队4个团也到达了。当夜，解放军打援部队对攻城的傅军3个师发起攻击。此时，集宁前线的形势是傅军3个师将解放军约1个大团和2个小团压缩在城内，而解放军增援部队10个团又从外围试图实施反包围，且解放军第三批增援部队杨得志纵队9个团也逼近集宁。集宁城下的傅军已处于极为不利境地。此时解放军前线指挥部作出第一个错误决定，没有组织连续进攻，给了傅军喘息和整顿的机会。12日下午，激烈的战斗重新爆发。傅军新31师和暂11师破釜沉舟，再度攻城。占领了集宁城西南角。与此同时，傅作义派遣的后续部队第101师和新32师逼近了集宁。此时，解放军集宁前指又作出了第二个错误决定。停止了对围攻集宁傅部的攻击，掉转主力西进，企图歼灭来援的傅部第101师。第二天拂晓，集宁城下傅军乘解放军主力西进打援之机，一面夺回失去的阵地，一面并积极策应第101师东进。傅军新32师和新骑4师又及时尾随101师而至，使解放军打援计划泡汤。9月13日，傅作义部6个师在集宁汇合，抱成一团。解放军前指看到部队经几昼夜鏖战和往返调动，既疲劳，又饥饿，而企图在集宁歼灭傅部已无可能，遂决定放弃集宁，撤出战斗。随后傅作义率兵直扑大同，解放军被迫撤围大同。大同、集宁一战傅作义再获大胜。