12月6日起，受静稳、逆温、高湿等不利气象条件影响，京津冀及周边地区、汾渭平原、河南南部及湖北北部出现连片污染。污染首先形成于京津冀及周边区域“2+26”城市南部和关中地区，随后发展至区域性污染，整体程度为中至重度。
中国环境监测总站监测显示，12月8日11时，北京、天津、石家庄、秦皇岛、邢台、衡水、太原、临汾、潍坊、郑州、开封、安阳、襄阳、西安等地空气质量达重度污染。其中，运城空气质量指数(AQI)为323，达严重污染，首要污染物为细颗粒物(PM2.5)。
分析污染的原因，国家大气污染防治攻关联合中心专家表示，从气象条件来说，中国东部大范围静稳，京津冀及周边地区、汾渭平原、长三角北部、湖北中部等地区近地面风速小于每秒2米，而且持续出现强度较高的近地逆温，容易导致一次排放污染物的累积。同时，区域上出现连片大雾。雾区与污染较重区域基本一致，表明高湿条件使气态污染物向PM2.5快速转化，使污染加剧。
专家表示，本次污染过程，京津冀及周边地区西南传输通道和东南传输通道典型城市的污染特征不尽相同。石家庄市PM2.5组分特征显示，在PM2.5小时重度污染期间，硫酸盐与硝酸盐浓度相当，有机物、元素碳浓度和占比也明显升高，表明燃煤排放影响显著。
为减轻污染程度，保护公众身体健康，截至12月7日，天津、河北、山西、山东、河南、陕西6省市中，共有38个城市发布橙色预警、8个城市发布黄色预警，启动相应级别应急响应。
预报显示，9日，受西风和高湿影响，污染形势小幅改善，预计河北省沿山地区可能出现重度污染。10日，受新一轮冷空气影响，扩散条件明显好转，污染过程将自北向南逐步缓解。
