葉臣見吳三桂、張存仁退回了太原，對他倆大發雷霆。等吳三桂把緣由說清楚後，葉臣心想也對，從固關、娘子關過來的明軍都是步軍，自己的騎兵在山區與持有遠端武器的明軍戰鬥，確實佔不了便宜，於是令吳三桂、張存仁在30裡外的太原縣（今晉源區）的汾河兩岸擺開陣勢，準備迎戰從壽陽過來的明軍。
太原縣城在戰國時期稱為“晉陽城”，趙、韓、魏三家分晉後，晉陽城為趙國的都城。秦、漢、西晉時，“晉陽城”為太原郡治。十六國時期，“晉陽城”為前趙、後趙、後燕的州治或國都，南北朝的北齊曾將“晉陽城”作為別都。隋、唐時，“晉陽城”又成為了太原郡治、太原府治。宋朝時，北漢降宋，宋太宗趙光義厭惡晉陽人曾負隅頑抗，就將太原縣改稱“平晉縣”，並下令將晉陽城焚燬，在晉陽故城北（今太原小店區一帶）新築平晉縣城，降太原府為“幷州”，將平晉縣城東北10餘里的唐明鎮擴建為“幷州州城”。到了金代，又升幷州為太原府，陽曲縣治移入府城。元代又復置太原縣，隸屬太原路。到了明代後，沿置太原縣，隸屬太原府，不久太原縣城被洪水沖毀，又在汾河以西的晉陽故城遺址上重建了太原縣城。
2天后，李率泰的五弟巴顏帶著5千人馬來到了太原。
李率泰離開北京時，手下有15000名滿八旗騎兵，5000名漢八旗步軍。他先到天津，再到山東，又轉到了河南，沿途降服了2萬多名大順軍，因此他率部從滏口陘進入山西時，手下有4萬人馬。他到了潞安城後，發現城內的大順軍都跑了，就準備在城內補充糧草，誰知糧食還沒搶到多少，跑了的大順軍又跑回來了。
原來，駐守潞安城的大順軍劉忠部見有4萬清軍來攻後，嚇得一槍不發就逃離了潞安城。等到劉忠遇到田虎，才知道大順軍準備發起懷慶戰役。他怕跑回西安後會被李自成砍頭，不得不返回，進攻潞安城。
李率泰與劉忠在潞安城激戰5天后，發現大順軍的援軍來了。來增援劉忠的正是郭升。李率泰心想自己的任務是增援太原，城內也沒多少糧食，沒必要與大順軍在潞安城糾纏下去，就趁黑夜突圍，再翻越太嶽山，趕往太原。他率部過了榆社的將水（今稱塗河、塗水河）谷地後，令五弟巴顏率5千人馬先趕往太原，自己留下阻擊後面追擊的郭升。
葉臣聽說李率泰到了4萬人馬過來增援後，忙問巴顏：“你們帶了多少糧食過來？”
巴顏告訴葉臣：“我們本想在潞安城補充糧草，誰知大順軍跑回來進攻潞安城了，我們為了增援太原，就沒敢在潞安城與大順軍糾纏。”
葉臣聽了也明白了，李率泰沒帶多少糧食過來。儘管進攻太原城的人馬增加了4萬，可糧食更緊張了。現在榆次城記憶體放了不少搶來的糧食，就讓巴顏派1千人馬去協防榆次城，其餘的4千人加入了圍攻太原的戰鬥。
巴顏帶著4千人來到了太原城南城牆，見圍城的清軍都離護城河遠遠的，心想這是攻城戰嗎？就問劉之源：“你們幹嘛離城這麼遠？”
劉之源是滿洲包衣出身，隸漢軍鑲黃旗。崇禎十三年隨皇太極攻錦州，崇禎十四年隨多爾袞圍松山，崇禎十五年隨濟爾哈朗圍塔山，領漢軍鑲黃旗固山額真。崇禎十六年隨濟爾哈朗攻克廣寧中後所，去年隨多爾袞入關後，跟著葉臣入山西進攻太原。他手下原本有1000名火銃手，600名炮兵，大將軍炮60門，佛朗機炮60門，可攻城幾個月後，火銃手損失了一半，大將軍炮全部被毀，只剩下了十幾門小炮。劉之源見巴顏問自己為啥離城這麼遠，就反問道：“你有紅衣大炮嗎？”
“沒有，我們帶來的也只有小炮。”
“城內的大順軍不僅有小炮、將軍炮，還有紅衣大炮。前段時間，我們圍攻太原城時，已吃了不少虧。”
巴顏聽明白了，他們是懼於城內大順軍的紅衣大炮，所以才離護城河遠遠的。他繼續問道：“照這樣下去，我們何時能拿下太原城？”
“你急啥？我們已圍城三個多月，城內還有多少糧食？等他們沒吃的了，還不乖乖開城投降？”
巴顏覺得劉之源說得有理，就帶著部下也離護城河遠遠的，直等城內斷糧後，再率部殺入城內。
沒多久，李率泰的三弟剛阿泰帶著3萬多人慌慌張張地來到了太原，向葉臣報告：“不好了，明軍佔領了榆次城。”
葉臣一聽，忙問剛阿泰：“什麼？哪來的明軍？”
“不知道。我們在將水河谷阻擊大順軍郭升部時，遭到了明軍的炮擊，我們不得不撤離將水河谷，路過榆次城時，才發現明軍已佔領了榆次城。我哥為了奪回榆次，戰死在了榆次城外。”
葉臣心想，佔領榆次城的肯定是從壽陽過來的明軍，他們才2千多人，竟然能神不知鬼不覺地佔領榆次城，真不知道守城的將領是幹什麼吃的？這下好了，不僅榆次城記憶體放的糧食全部落到了明軍手裡，跟隨在李率泰後邊的明軍肯定也到了榆次，要不了多久，他們必將會來進攻太原。
果然，吳三桂從太原縣派人來報，1萬多明軍已從榆次城攻向太原，他和張存仁正率部在汾河兩岸與明軍激戰。
葉臣聽說有1萬多明軍，忙問吳三桂的使者：“看到跟在李率泰後邊的大順軍了嗎？”
吳三桂的使者說道：“沒看到。”
葉臣又問剛阿泰：“跟在郭升部後邊的明軍有多少人？”
剛阿泰說道：“不清楚。我只知道郭升部有1萬多人。”
葉臣心想，有1萬多明軍殺向這裡，有可能他們從壽縣增兵了，也有可能跟在郭升後邊的明軍有8千多人，兩部匯合後就有了1萬多人。可是突破了將水河谷的大順軍郭升部又去了哪裡呢？難道郭升部是被明軍滅了？還是繞道去了東山，準備從東部進攻太原？明軍從榆次來，在太原縣有吳三桂、張存仁攔截明軍，如郭升從東部攻向太原，東山那邊還沒人把守呢，於是葉臣忙令剛阿泰進駐東山。
剛阿泰離開不久，祖澤潤又來報，北部又有2000多明軍向太原城而來。
葉臣忙問祖澤潤：“北部的明軍不守石嶺關了？”
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