根据侦查，日军五原守备队的指挥部设在屯垦办及皮毛坊内，守备司令由水川夫中将兼任。
日军分别占据屯垦合作社、实行小学、天主堂、耶稣堂、平市官钱局等据点，并将各点互相打通，连成核心阵地，外围用铁丝网，满布地堡掩体。伪军王英部，驻防于西关，旧城及近郊村庄，筑有防御阵地及土堡，构成外围阵地。
其伪蒙李守信部驻守五原以西新公中、郝进桥、蛮克素、南牛犋、梅林庙等处，城西北的广盛西驻有重兵，并在乌加河、乌拉壕上架有桥梁多处，后方交通线亦派有敌伪军守护。
第35军在收复五原前，对敌兵力部署、防务、及后方交通运输等均作了详尽的侦察，并制定出收复五原的作战计划！
首先是派部队深入敌后，破坏交通线及所有桥梁，便于阴击增援之敌，孤立五原守敌。
同时派连长王步云等沿线侦察地形敌情，并伪装敌“宣扶队”混进五原城，详细侦察城内敌情，另派官兵乔装老百姓，混进了城内，替敌人铡草喂马、担水，以为内应。
此外还发动当地群众为向导，组织民众担架队、运粮弹队，支援作战。
更重要的是，反攻时机决定在下雪之后，大雪过后的河套平原寸步难行，特别是汽车、坦克、炮、骑兵等，更难活动。
12月26日夜12点，反攻战斗开始。
此次战斗由新31师师长孙兰峰任攻城总指挥，五临警备旅旅长徐子珍任副总指挥。
战斗开始后93团团长安春山率突击队800人，越过障碍，由五原城东南方面突入城内；新31师及五临警备旅山炮营，同时由五原西面攻进城关，向阳城义和渠以西之敌攻击；新32师向五原旧城广盛西、前后补红之敌猛攻；屯垦部队奋力攻进南门，并攻下了屯垦合作社等南街敌据点。
该部战斗中，国军歼灭顽抗之敌近500名，肃清了南门及南街之敌，为攻城战中，立下首功。
突击队以奇袭战法，突入城后，分向纵深目标攻击，敌人有睡梦中惊醒，慌做一团，有的被打死炸死在迷梦中。
在拂晓前，国军各部已经占领了实行小学、屯垦合作社、皮毛坊、日军司令部、天主堂、耶稣堂等重要据点，敌人粮弹库亦被我军占领。
城内未歼残敌，都聚集在屯垦办事处、平市官钱局两个据点内，抵抗待援。
经一夜激战，攻守双方伤亡皆都是极为惨重，但由于攻入城内的国军使用了掏心战，打乱了敌军的指挥中心，内外各部因失去联系，惊慌失措，遭到各个击破，胜利的天平开始向着国军方面倾斜。
在第35军进攻五原包头一线的同时，绥中武川县也有一支国军部队完成了集结。
这支部队正是隶属于马铮所部的暂编第21师！
该番号是武汉会战后期军委会拨给马铮所部的，但是由于兵员不足以及其他原因，所以这个师一直都没有正式的组建，只是临时让集团军的直属部队客串了一下。
在回到绥东之后，马铮经过慎重考虑之后，便将这个师的番号拨给了大青山游击支队，并且将余建这名悍将调到这个师担任师长。
余建原本是铁血团的火力支援团第一任团长，在1935年跟随马铮进入察哈尔之后，曾多次荣立战功，并升任副旅长、旅长以及支队长，不久前被任命为暂编第21师师长。
经过几个月的调整和编组，部队终于完成了扩编工作，由只有两个团的游击支队一下子扩编到了下辖四个团的乙种师。
而此次进攻归绥的任务是他们扩编之后的第一战，所以不管是余建还是其他军官都非常的重视。
25日夜，在余建的命令下，全师主力全部出动，分别从归绥西北的武川县以及西面的土默特左旗以及西南方向的托克托县、和林格尔县同时发动进攻。
由于日军主力已经被调到了苏木山一线，归绥地区的日伪军兵力匮乏，各地的守军都只有两三百人，即便是归绥城里的日伪军加起来也不到千人。
面对一万三千多国军主力的进攻，日军连反击的能力都没有。
归绥外围的几个县城接连被攻克，而后各路国军合围归绥城。
消息传到苏木山前线，日军指挥官莲沼潘中将顿时懵逼了。
仗打到现在，给他唯一的感觉就是憋屈。
绥东一线的战斗迟迟不能突破，绥西却已经乱成一锅粥了。
柴沟堡镇驻蒙军临时指挥部。
“啪”的一声，一道瓷器碎裂的声音传遍了整个指挥部，在场所有的人都被突如其来的声音吓了一跳。
紧接着，众人就听到一道熟悉的咆哮声：“八嘎，八嘎呀路，小岛个马鹿，怎么会让支/那人偷袭了呢？”
听到莲沼潘的咆哮声，所有人都大气不敢出。
大家都知道此时司令官阁下的心情极其的暴躁，这个时候谁要是敢说话，说不准就会成为司令官阁下的出气筒，那可是天底下最最糟糕的事情。
一旁的华北方面军副参谋长平田正判少将同样心情郁结，就在刚才他们接到了骑兵集团司令官小岛吉藏中将从包头发来的紧急电报，包头城遭到中国军队的突然袭击，两个骑兵联队在增援包头的路上遭到国军伏击，损失惨重
入夜之后五原城也遭到中国军队的突袭，双方正在进行惨烈的巷战。
还没等他们回过神来，就再次接到了噩耗，归绥城外发现了大量的中国军队，对方正在对武川、察素齐（土默特左旗）、托克托县、和林格尔等地同时发起进攻。
然而，仅仅只是过了不到半个小时，归绥方向就再次传来了噩耗：上述几个县城全部被敌军攻破了，目前敌军数路大军正在向着归绥城杀了过来。
在此情况下，包括德王为首的伪军集团立即向驻蒙军司令部求援。
发泄了一会儿之后，莲沼潘中将终于停了下来。
他知道，愤怒是解决不了问题的，稍稍平缓了一下愤怒的心情，莲沼潘沉声问道：“诸君，眼下的情况对于大日本皇军非常的不利，可有解决的办法？”
话音刚落，参谋长吉田大佐当即说道：“司令官阁下，眼下我们的主力全都集中在绥东地区，所以才给了敌军可趁之机，所以卑职建议放弃围歼马铮所部的计划，主力全力回援绥中和绥西。只要我们的部队及时返回归绥、包头一线，敌军的进攻不攻自破！”
然而，还没等莲沼潘说话，一旁的平田正判便接口道：“阁下，我认为现在还不急着放弃围歼马铮所部的计划，我们应该先搞清楚进攻归绥、包头的敌军是什么身份，然后再做决定！”
吉田大佐当即说道：“参谋长阁下，根据我们的情报部门侦查的结果，进攻包头、五原以及归绥的都是支/那第八战区之部队，其司令官便是大名鼎鼎的傅宜生！”
平田正判皱了皱眉头说道：“傅宜生的大名我是知道的，之前也曾和这个人打过交道，是一个将才。只是绥西距离绥中足足有六七百里，尤其是归绥城距离傅宜生的指挥部所在地陕坝镇更是有上千里，他们是如何做到同时向包头、归绥以及武川、托县、和林等地发起进攻的？”
话音刚落，就听吉田大佐便再次说道：“参谋长阁下，你是怀疑”
“不不不我这只是合理推测，或许有人在冒充傅宜生所部”
“不可能的，进攻五原的是傅宜生所部最最精锐的第101师，进攻包头的则是所部骑兵第7师，至于进攻归绥的是那支部队，虽然暂时还没有查出来，但是可肯定的是，一定是傅宜生所部。”吉田大佐道。
“如果是这样的话，那我们必须要将情况上报到方面军司令部了，不然的话，单靠我们受伤的这点兵力是很难在不撤兵的情况下确保归绥以及包头等地的安全的！”平田正判道。
此时，所有人的视线都定格在了莲沼潘的身上，等候他最后的定夺。
莲沼潘略作犹豫，随后便沉声说道：“嗯，平田君言之有理，立即给多田骏阁下发报，汇报眼下的战局，请求作战指导！”
“哈伊！”