連在團長親自率領下馳往增援。
16日至18日，日偽軍連續猛攻，均未得逞。
傅作義將軍親往集寧前線指揮，令董其武派秘密突擊隊，抄襲敵穴，令孫蘭峰所部 星夜乘汽車馳往紅格爾圖之西的月岱溝。
19日凌晨2時，兩部分別向田中隆吉和王英駐地包圍襲擊。敵以事出不意，倉猝應戰， 激戰至拂曉，敵不支，向西北方向潰退。敵陣地土城子衝出七輛汽車，拼死抵抗，倉皇 向東逃跑。因注意力集中在西，東面防守單薄，被汽車衝出。
後知，車中所載有田中隆吉和王英。
19日上午7時，敵人全線潰退。21日敵飛機又來投彈、掃射。被守軍用步槍擊中油箱， 返飛途中墜毀。
紅格爾圖戰役後，日偽深恐傅作義部搗毀偽政權所在地百靈廟，派王英部2個旅進佔 百靈廟東100公里的大廟，增強百靈廟外圍防禦力量，並沿百靈廟四圍山頂、山腰、山腳 構築堅固防禦工事，積極備戰。同時增派日本軍官200餘人，補充各偽軍部隊指揮官。
傅作義召開秘密會議，決定先發制人，在敵未發動進攻之前，出敵不意，以遠距離 奔襲戰術，毀其巢穴，將百靈廟收復。
要收復百靈廟，一個重要的戰術問題就是部隊要在零下20℃的寒冷天氣裡，秘密奔 襲170公里。傅作義將軍命令二一一旅旅長孫蘭峰為前敵總指揮，各部限於11月23日午夜 前秘密集結於百靈廟東南25公里的二分子、公衚衕一帶。
孫蘭峰部駐守歸綏（現呼和浩特市），在日本特務機關的監視之下。孫部為迷惑敵 人，傅作義將軍命令孫部在出發前幾天，每日到歸綏東15公里的白塔一帶，進行野外演 習，天黑後再返回駐地，使日特務機關以為部隊出動是例行野外演習，不生猜疑。
23日夜12時，各部隊到達準備位置。
24日零時開始攻擊，由於各部隊行動極其秘密，日偽軍毫無察知。百靈廟及其周圍 山上山下雖有堅固工事，但無偽軍防守，及至將敵警戒哨兵捕獲，日偽軍聽到槍聲大作， 始從夢中驚醒。偽軍在日指導官的威迫下，慌亂進入陣地，進行抵抗。
傅作義部在步、炮、裝甲車各兵種密切協同下，向敵發起拂曉總攻。
山炮12門，蘇魯通小炮8門，用破甲彈向女兒山敵之輕重機槍掩體直接瞄準射擊，掩 護裝甲車及步兵進攻。短時間內，敵陣地為猛烈炮火摧毀。裝甲車及步兵向敵猛烈衝擊。
最前一輛裝甲車駕駛兵被敵彈擊中身亡，第二輛裝甲車又被敵用手榴彈炸燬，駕駛 兵受傷，這個受傷的駕駛兵，冒彈爬進第一輛裝甲車，開足馬力向敵猛衝。繼而6輛汽車 滿載步兵跟進，衝入山口。
敵不支，紛紛向廟內敗退。
傅部各隊又將廟內前後院分割為數段。騎兵團攻佔北山，控制了敵人飛機場，將敵 後路切斷。
敵遂驚惶失措，無心再守。偽蒙軍一排20餘人，在戰場起義，調轉槍口向日本指揮 官射擊。日指揮官及偽蒙師長，見事已危機，援軍又一時難到，頑抗下去，必成俘虜， 乃急乘汽車數輛，由日本指揮官用機槍射擊掩護，朝東北方向奪路逃竄。
激戰至24日上午8時，全殲日偽軍，收復了百靈廟。
之後，日軍連續不斷向百靈廟及集寧一帶偵察、掃射、濫施轟炸。
12月2日晚，日偽軍4000餘人乘汽車百餘輛再圖反攻百靈廟。
守軍景彥青營長，得知上述情況，急電傅作義將軍和孫蘭峰旅長，力陳百靈廟不可 久守，建議將廟焚燬，把部隊撤回原防。傅將軍接電，極為震怒，對景營長嚴加申斥， 並令孫蘭峰旅長親自率部前往堅守。之後，孫旅長擊潰反攻之敵，打死打傷日偽軍500餘 名，俘200餘人，並將其副司令雷中田擊斃。遂之向傅將軍告捷。
後，傅將軍決意乘勝收復大青山以北地區，日偽已成驚弓之鳥，金憲章、石玉山兩 部反正，王英部所屬安華亭、王子修兩旅反正。致使日偽軍再無力反撲。
綏遠抗戰無疑是中國對外作戰最成功的範例，空前的範例。在戰略戰術的運用上， 可以說，無懈可擊。無論是迷惑敵人隱蔽自己，還是兵力配備使用，採取突然出擊，或 是襲擊敵指揮機關，分割包圍，斷敵後路等，以至處理俘虜（每人給一袋面，銀洋五元， 釋放回家），爭取偽軍反正都非常成功。
但有其重要一點：面對的敵人不是關東軍，而是在關東軍軍官指揮下的漢蒙偽軍，