11月6日晨，晋察冀野战军对石门发起攻击，至8日，全部肃清外围据点。其中大郭村飞机场与石门东北郊制高点云盘山的争夺战最为激烈。
战斗打响后不久，冀晋军区部队就包围了飞机场。守敌为保障这唯一的空中通道，于当日8时组织保安第9团主力，在飞机掩护下进行反扑。7日拂晓，冀晋军区独立第1、第2旅分别从东北、西北两面出击，消灭保安第9团1个营，占领了飞机场。
云盘山是距外市沟约600米的一个制高点，高约15米，面积240平方米，为石门东北的唯一屏障。守敌为保警大队1个加强连，以山上的一座庙宇为核心修筑了永久性或半永久性的防御工事，配置了4挺重机枪、9挺轻机枪、4门60炮，构成了严密的交叉火网，自诩为“铁打的云盘山”。第4纵队第10旅第30团第3营第8连，在全团炮火掩护下，以坑道爆破与地面爆破相结合的战法，于8日6时发起攻击，仅经10分钟战斗即占领了云盘山。
在外围战斗的同时，各攻击部队从6日夜开始土工作业，改造地形。至8日晨，交通壕伸至距外市沟百米以内，坑道挖至外市沟的外沿。
11月8日16时，晋察冀野战军对外市沟发起总攻。各部队在强大炮火掩护下，结合坑道爆破，迅速突破外市沟。至9日晨，内外市沟之间除几个据点外，其余均被攻占。
内市沟为守敌的第二道防线，也是其主要防线。9日晚，攻击部队展开土工作业，改造地形，抢修交通壕和坑道，拂晓前完成了突击准备。10日16时，晋察冀野战军对守敌第二道防线发起攻击。第3纵队第8旅第23团的爆破队利用坑道爆破首先突入内市沟，仅6分钟即开辟了通道，至18时，全旅攻入第二防线，占领东里村、西南兵营。
第7旅由西里村突击，至17日上午，大部攻入市区，占领中华路、复兴路，并向北兵营发展。第4纵队第10、第12旅自东面并肩突入市沟，占领休门及中正路东侧市区。冀晋军区部队11日攻克北焦村，接着突入内市沟，向北兵营逼近。冀中军区部队除一部围攻元村、彭村外，主力自东南突入，占领大兴纱厂，向北发展进攻。至11日12时，攻城部队全部进入市街战斗。
11月12日晨，晋察冀野战军对大石桥地区之火车站、正太饭店等核心阵地展开攻击。守敌第32师师长刘英指挥残部，据守核心工事，负隅顽抗，妄图固守待援。国民党空军出动轰炸机、战斗机对解放军阵地实施空中打击。为加快进攻速度，第4纵队将预备队第11旅投入市街战斗。该旅奉命攻击火车站和正太饭店。
经过激烈的战斗，第11旅攻占了这两个核心据点。是日8时，第3纵队从西面和南面，第4纵队从东面和东北面，冀晋军区部队从西北向守敌指挥中心大石桥地区发起猛烈攻击。激战至11时，敌军停止抵抗，刘英等人被俘。历时6昼夜的石门攻坚战，胜利结束。