李家鈺在長治作完詳細的布署和戰前動員，回到潞城，率領軍部轉移。他叫軍部參謀李卓夫把重要電報及往來函件整理好。李卓夫，這個成都軍校出身的上尉參謀把這些重要文件捆成一包，背在背上出發。又讓電台通訊收拾完畢，警衛打掃住房，然後全體急行軍，趕到長治西南的長子縣，在一片樹林中建立起指揮部。
原則上說來，保衛長治仍然是采用的國軍在傳統意義上的守城戰法。問題在於，川軍自組建以來的幾十年內，雖然你爭以我鬥不斷，但從來就沒有經曆過真正意義上的守城戰，更不用說是在優勢武器的立體打擊下守城了。沒有經曆，就沒有經驗，這對守城的李家鈺來說是極為不利的。更何況根據國民政府軍政部的統計，像四十七軍這樣的丙種軍，要阻擋住日軍的攻勢，須有六倍或以上的兵力才行。由此可見，在保衛長治的對決中，李家鈺明顯處於劣勢。
不過，李家鈺很精明，他采用了野戰和守城相結合的戰法，在長治城內隻放了一個團，沒有把全部力量擺進去，避免了像趙括那樣主力被圍困的局麵。另外在城外的西南和東北各設一個指揮據點，前者是從東陽關轉移來的一七八師和李家鈺的軍部；後者是一○四師的一個團和李青遷的師部。三者互為犄角，以為作戰時相互支援。
後來的實際情況證明，李家鈺采用的方式是正確的。在重兵圍城的局麵下避免了全軍覆滅的危險，雖然犄角支援的戰術並沒有實現。
長治是古潞州的治所，又是兵家必爭之地，城牆堅固，城內人口二萬餘。守城之責由三一二旅旅長李克源肩負（李家鈺之侄，蒲江縣人）。他將自己的城防司令部設在城中心的十字街口，命令六二四團第一營營長傅矚瞻負責東北門的守備；第三營營長宋鈺光負責西南門的守備；又在城外各派一個排作排哨監視敵人和遊擊。
同時，李克源下令征用車馬，拉來石料和城磚，牢牢地堵塞了北、東、西三個城門，僅以南門暫留通道，備以物料可以隨時填堵。當晚，上黨專署、長治縣府、縣警察局等，通過南門撤離縣城。同時，城中百姓也大部撤走，一時間，扶老攜幼，呼兒喚母，慘不忍睹。這裏，亡國之痛的慘狀成了誓死在此保家衛國的軍人的活教材。
十九日下午，一陣密集的槍聲傳到城中。李克源提著望遠鏡登城察看，原來是日軍先頭部隊約數百騎兵到達城東十裏的關村鎮，正遭到我城外部隊的襲擊。李克源立即命令各部準備戰鬥，終於來了，李克源緊張的心情反倒放鬆下來。事情往往是這樣，等待比來臨還要緊張得多。稍後，風塵卜卜的敵一○八師團大部隊源源而來，日軍欺侮我軍沒有長射武器，有的敵人大搖大擺地行軍，一些鬼子從騾馬上卸下大炮，不慌不忙地構築炮兵陣地。盡管遭受到襲擊，但敵人似乎並不怎麼把這些穿草鞋的四川人放在眼裏。
敵炮試射之後，突然猛烈的炮聲驟起，十餘門大炮對準長治城垣猛轟，數架敵機同時飛臨，輪番轟炸。日軍大部隊向前推進，迅速截斷了我一○四師和一七八師兩個倚角同長治城中守軍的聯係，並以重兵同我對持，使其不能相互支援，將縣城北、東、西三麵包圍起來。日本人留下南門，以便讓那些被眩耀武力的大日本皇軍嚇退了的四川兵撤走。
然而，李克源下令堵塞了最後的一道城門，以示守城決心。雖然後來守城兵還是有一部從這裏突圍而去，但這已是交戰雙方都傷亡千餘人以後的事了。
當晚，日軍一反常態地展開圍城夜戰。
敵騎兵數十衝近北門城牆，來回馳騁。一俟敵騎馳近，守軍即用機槍掃射，再近，則以手榴彈投擲。後來，敵步兵數百在機槍的掩護下向城門接近，雙方又展開槍戰，槍聲時緊時慢。這時，我城外的小股部隊開始在敵後襲擾，槍聲時遠時近。有一陣時間，槍聲又急又近，看來是小股隊伍衝入了敵人的縱深。
東門和北門外有多處民房，成了在黑暗中我小股部隊最好的掩蔽物。穿著草鞋的士兵神出鬼沒，時進時出，撓得鬼子老羞成怒，把這些民房全部點燃。大火衝天而起，映紅了半邊天空。
這種試探性和威逼性的進攻一直打了一夜。