华北光复的第一座大城市是太原。
太原日军一个治安师团加两个独立旅团遵从了岗村的命令，放弃城市向东试图撤退到石家庄，但在撤退过程中遭到PLA游击队的阻击，之后又连续遭到数百架次飞机空袭，整个正太铁路完全瘫痪，日军撤退速度几乎停滞。
2月12日，人民解放军第一军在军长林彪将军的指挥下追杀上来，不仅轻易击溃了日军后卫部队，还把全部2万日军包围在寿阳一带。
2月13日，人民解放军一部进入太原；当天下午PLA第一军发起总攻，5天后全歼寿阳日军，击毙日军8000多人，俘虏11400多人。
2月底，人民解放军宣布山西全境光复。
太原战役证明，日军离开防守严密的大城市，在野战中已经完全不是人民解放军的对手，特别是丙种的治安师团和没什么战斗力的独立步兵旅团，更是会被迅速歼灭。
甚至这些部队的狂热精神跟那些甲种乙种师团也相去甚远，这些日本兵知道追上来围攻自己的是优待俘虏的PLA，而不是投降也必死的新军，因而在战局绝望的时候，很快就放下了武器。
相对而言，围攻济南的新军第一军就吃力许多了。
济南日军并未遵从岗村的命令撤退，甚至这伙日军还不断构筑阵地，储存物资，准备抵抗到底。
此时的新军虽然在兵力火力两方面都占有优势，但相当于华军乙类步兵军的技术装备也不足以迅速摧毁济南的城防和外围工事，而且新军的步炮配合，战术战技能力也不能同华军步兵军相提并论。
在进攻中，新军多次出现被日军倒打火力袭击而损失惨重的事情。
同时，所有被围日军都知道，他们的对手是帝国直控的新军，不论投降与否，他们都死定了，所以这些日军困兽犹斗，如同发了疯一般拼死抵抗。
济南城外的战斗打了15天，新军始终未能突破日军防线，自身反而损失惨重，不过联合指挥部中的新军将领对此不为所动，继续投入兵力火力，试图压倒日军。
2月18日，新军第一装甲战斗群抵达济南战场，这个第一战斗群就是原禁卫军“三千”装甲营，现在装备48辆多炮塔坦克，28辆基于ZT2底盘的75mm自行火炮，以及大约4000摩托化步兵，现在实际上是一个装甲旅的实力。
得到一个旅级装甲战斗群的生力军增援，终于让新军打开了局面，第一装甲战斗群首先对城西飞机场发起猛攻，缺乏反坦克火力的情况下，日军不断投入人弹小队，试图使用自杀袭击的战术阻挡坦克前进。
但是多炮塔坦克最不怕人弹攻击，因为这种坦克几乎没有射击死角，呐喊着冲上来的日军人弹被一批一批打倒，这些坦克在步兵和自行火炮的支援下，缓慢但是坚定的冲上了几乎半废弃的济南飞机场跑道。
2月20日，济南飞机场易手，附近的中国老百姓蜂拥而至，十多万老百姓硬是用铁锹、锄头、扁担和箩筐，在三天内把坑坑洼洼的飞机场修好了！
之后华军强五攻击机直接从机场起飞，就近支援攻城作战。
20日夜间，新军攻占城东南茂岭山等制高点，并在山上设置炮兵观察哨，引导重型炮兵射击日军目标，阻断日军通过内线互相调配兵力。
21日，地下党在城内组织人民举行武装起义，日军不得不从城外方向调兵回城镇压，起义军在华军飞机的支持下英勇作战，日军一时之间也无力把起义镇压下去。
22日，失去了机动兵力支撑的济南外围防线终于被全面突破，大部分日军撤回城内，当天新军就开始攻城行动。
22日下午14时左右，第一装甲战斗群突破城防，第一次进入济南城内，但在巷战中，日军自爆兵频频得手，隐藏在房屋内的少数日军反坦克武器也开始发威——日军37mm反坦克炮可以在300米内击穿华军多炮塔坦克的部分位置装甲。
华军装甲部队第一次遭受挫折，第一装甲战斗群损失了8辆坦克，不得不暂时退出城外。
两个小时以后，华军才再次发起冲击，这一次，华军在坦克上架起多挺机枪，并且在坦克上挂在一层沙袋，使得多炮塔坦克的自卫火力网变得更加密集。
隐藏在暗处的日军冷枪手一个接着一个射杀暴露在外的机枪手，但总有勇敢的士兵跳上坦克补充战位，而且一带日军冷枪手暴露出来，华军坦克就可以使用坦克炮直射对方。
双方此时基本上是在一命换一命。
1941年2月23日上午10时50分左右，济南外城日军开始放弃阵地，退往内城。
随即新军发起针对内城的攻势，但部队此时已经十分疲惫，攻城行动非常不顺利：12时左右，济南内城东南侧城墙被爆破成功，但一个突击连深入内城后，因桥梁被日军炸毁，后续援军上不去，遭到日军反击而全部损失，突破口即被日军重新控制。
再次情况下，攻城部队不得不做出调整，部队进行了12个小时的休整。
前线部队趁此时机撤出伤员，吃一顿热饭菜，好好休息一下，后勤部队给前线送来了热汤，补充的弹药等物资，周边老百姓组织担架队，妇女组织给前线部队做饭做汤。
前线部队的战斗力得到迅速恢复。
2月24日0时整，新军再次发起总攻，第一装甲战斗群率先在城东侧实现突破，随即城北侧也被炸开一个口子，新军两个师连带一个装甲旅涌入内城，与日军展开最后巷战。
关键时刻，锦衣卫特别行动队、各路人民解放军游击队也入城参战，残存日军的抵抗终于开始熄灭。
2月24日23时左右，济南光复。
战役期间，中国军队方面有4000多人阵亡，7000多人受伤，此外还有接近1万市民伤亡，而日军损失22000余人（俘虏随即被锦衣卫特别行动队全数处决）。
这是自华军出现，双方交战以来，损失比最接近的一次，不过不管如何，华军依旧实现了光复济南的战略目标，日军依旧是失败者。
现在，除了青岛一地外，整个山东省都已经光复。