攻下襄垣後，晉冀魯豫軍區領導人劉伯承、鄧小平、張際春等都來到襄垣，立即向集結待命的太行部隊的幹部，傳達中共七大精神，闡明目前的國際國內形勢和上黨戰役的決心，布置襄垣攻城戰鬥的經驗教訓總結工作。組織攻城演習，並親到虒亭、下良一帶看望主力部隊戰士，對十四團和三十團連以上幹部作動員，提出：“打好上黨戰役，支援毛主席赴重慶談判”的口號。劉伯承還親自在十四團檢查了戰士的裝備，發現有的隻有兩三發子彈；但戰士都很堅決很樂觀地說：“憑刺刀和手榴彈也要把敵人殲滅，保衛抗戰果實。”
劉伯承在深入部隊檢查和分析敵情之後，起草了《晉冀魯豫軍區關於上黨戰役中某些技術問題的指示》，於9月5日發到部隊。指示強調：“消滅這些敵人，將是一個艱苦的戰鬥任務。在這一戰役之中，將主要進行許多城市攻堅戰鬥，也要進行野外戰鬥（運動戰）。”指示還強調：“千萬節用彈藥，不得絲毫浪費。同時要拾繳彈藥殼，不得散失，這點實行與否，應以之來測驗指戰員的政治責任心。”劉伯承分析了閻軍作戰的特點是：長於防禦，構成品字形的據點碉堡，控製強大的預備隊實行反突擊。此外，閻軍配備有外圍據點，形成掎角之勢，因此，必須進行連續的城市攻擊戰鬥（包括村落戰），才能消滅之。這種戰鬥是一種精細而不痛快的技巧戰鬥，決不能用密集隊形一衝了事。向閻軍主力核心城市的周圍小城市進攻中，估計其增援的可能性很大（它控製有大預備隊）。因此，也將遇到若幹野外的運動戰。這樣一來，在抗日戰爭時期以遊擊戰為主，以運動戰為為輔的戰略方針，必須轉變，采取以運動戰為主，以遊擊戰為輔的戰略方針。指示要求把過去同軍區部隊合並了的正規軍，重新組建並且擴大起來，以適應新的情況和新的戰略方針。並估計到閻軍占領的是城市，今後戰鬥城市攻堅戰將占相當比重。
9月7日，劉伯承、鄧小平簽發了《晉冀魯豫軍區作戰字第一號命令》，作出了奪城打援的戰役布勢：“決心以太行、太嶽、冀南部隊組織上黨戰役，徹底消滅盤踞在上黨地區的閻軍，第一步計劃先奪屯留，吸引長治閻軍打援。爭取在長（治）屯（留）路上作運動戰而消滅之。”以太行縱隊全力攻屯留及上村據點，吸引長治之敵來援。以太嶽縱隊適時到達屯留以南之李坊村、常北村，準備於長治閻軍出援時，在長屯路上的雙塔、崔邵村段擊滅之。以冀南縱隊適時到達長治西北之南崗上（不跨晉白鐵路），於長治閻軍出援時，在長屯路之崔邵村段擊滅之。以韋傑指揮五團、四十一團及地方武裝為獨立第一梯隊，戰鬥開始前隱蔽集結於老頂山東北反斜麵，在長治偽軍出援部隊之後尾脫離長治時，且其先頭部隊與我部隊接觸後，即經長治以北，向該出援偽軍進行猛烈尾擊。其餘長子、潞城、壺關等小城，則以其他部隊分別監視，並擔任打擊、消滅由各該城出援之閻軍。決定於9月10日淩晨2時30分發起屯留戰鬥，亦即發起上黨戰役。
當發起攻打屯留時，長治閻軍曾出動6000人，於9月11、12日兩次試圖增援，但因為害怕被殲滅，加上個別打援部隊過早暴露，長治出援閻軍略有接觸即縮回去了。因此，隻完成奪取屯留任務，而沒有完成打援任務。接著，劉鄧又部署於9月13日夜，用同樣的戰法，以太嶽縱隊攻長子城，以太行、冀南兩縱隊埋伏長治、長子公路以南，準備殲滅可能由長治出援之閻軍。但長治閻軍再也不敢出戰。因而打援意圖又未實現。這樣，劉鄧便暫時放棄了吸打敵援以削弱敵核心城市的兵力，而便於而後奪取該城的意圖，轉而采取分兵加速奪取長治外圍各城，以孤立其核心城市之敵的方針。
9月17日，冀南縱隊攻克潞城，殲守軍一個營；9月19日，太行部隊攻克壺關城，殲閻軍一個團；同時攻克長子城，殲守軍2000餘人。連同9月1日攻克的襄垣城，長治外圍六座縣城全部掃清，使長治閻軍完全孤立。在這種情況下，劉鄧緊抓戰機，下了奪取長治城的決心。於20日發出《晉冀魯豫軍區作戰字第五號命令》。“決心以勇猛速決之作戰，奪取長治城。最後殲滅侵入上黨之敵。”“采取圍三闕一，網開一麵，虛留生路，暗設口袋的戰法。”“冀南縱隊並潞城獨立團從東南方向，太行縱隊從西南方向，太嶽縱隊從西北方向，三麵同時攻擊城內之閻軍，同時放開北關至城東北角，引誘敵人外竄，而於野戰中堅決殲滅之。”命令規定各部隊先奪關後攻城，攻擊時間定在9月20日；應於9月23日以前，首先消滅長治外圍之據點，並對敵情、地形進行周密偵察；於24日22時開始攻城。