崇祯十七年（1644）正月，李自成率数十万大顺军主力顺利渡过黄河，进入山西，正月二十三日就以破竹之势攻克了山西重镇平阳，明军守将陈尚智率守城残军投降。

平阳沦陷后，大顺军又先后攻破河津、稷山、荣河等州县，山西其他重要城镇的官员、守军皆无斗志，“多望风送款”。

平阳之战中，在此守御的山西巡抚蔡懋德力战不支，兵败后率余部撤出平阳，使乱如鼎沸的山西局势更加不堪，本已惊惧不安的人心更加飘摇不定。蔡懋德弃平阳而逃，随后他遭到巡按御史的弹劾，被解职待究。

接替蔡懋德为山西巡抚的是郭景昌，但他很清楚此时的危殆情势，所以他赴任途中有意拖延逗留，进一步退三步缓缓不前，晋抚职位一直虚悬。

蔡懋德弃平阳本是不得已，因军心不稳，将士怯战，他不走必将“陷贼”。被革职后，继任巡抚久候不至，蔡懋德虽已是戴罪之臣，却以守土有责为志，决心率将士死守太原。

2月5日，李自成率大顺军接踵来到太原城下。次日一早，李自成亲自督军攻城，扼守东门的是新近从阳和（今大同阳高县） 调来的3000官兵，刚一交战就集体哗变投降了李自成。

2月7日，南大门守将张雄见城外人喊马嘶，刀枪林立，顿时意志崩溃，决定投降李自成。他用绳索缒城而出投降了大顺军，并嘱咐其心腹同党在他下去后将堆放于角楼处的火药焚烧引爆。当日晚间恰巧刮起了大风，火药库被纵火焚烧后，风助火势，烈焰腾空，引发炸药燃爆， 角楼被炸得砖石翻飞，城墙也被炸塌一大截，农军军趁势沿缺口蜂拥而入，杀进城中。

在一阵阵剧烈的爆炸声中，城头上的守军被炸得血肉横飞，其余的抱头鼠窜，争相逃命去也。蔡懋德听见城内四处传来的喊杀声，心知大势已去，已经无法挽救了，几个随从劝他趁乱逃逸，被他拒绝，随后他“北面再拜”，迅速写好遗书，交给朋友叮嘱他一定设法送到北京，诸事完毕后，他对几个旧部说：

“吾学道有年，已堪了此生。今日，吾致命时也”。《明史》

话毕，他拔出短剑就要自刎，但剑被伴当眼疾手快夺去。他的旧将纷纷跪地表示愿意随他与“贼”巷战，蔡懋德立即跨上战马，和部将时盛等人率残军与聒噪而至的农民军展开肉搏，混战中，击杀“贼兵”数十人。但是，农民军愈聚愈多，将蔡懋德等人团团围住，蔡知道已经无法溃围而出，就对时盛等将士大声说：

“吾当死封疆，诸君自去” 。

时盛等不忍弃他而去，遂奋力杀出条血路，簇拥蔡懋德冲到三立祠，蔡懋德在祠堂内悬梁自尽，时盛也用弓弦自缢在他旁边。山西布政使赵建极殊死奋战，力竭被擒，李自成劝他投降，他破口大骂，宁死不屈，自成恼怒，下令将他斩首。赵建极被押下台阶处斩时连呼“万岁”，李自成一时误会，以为他愿降示好，命卫士将他拖回。赵建极却嗔瞠目嘶吼道：

“我呼大明皇帝，宁呼贼耶” ！

李自成羞怒交加，亲自张弓搭箭将赵射杀。李自成对蔡懋德宁死不降也很生气，亲自到三立祠内去验视蔡的尸体，经人辨认，证实蔡确实已经自缢身亡，仍觉恨意难消，旋即用利刀将他的头颅割下，悬在城门上示众。

太原之战，共有46位明朝官员战死或自杀，城破后遗体都被农民军悬挂在城头上，以为震慑、恫吓之意。藩封太原的晋王朱审烜投降了李自成，后随李自成进京。

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