此時，偽軍王英部在前線約三四千人，其一部圍攻h格爾圖，余分佈於土城子、打拉村、台道灣等處。
18日凌晨1時30分，晉綏軍發起全線攻擊，戰至上午7時，土城子大部被攻佔，h格爾圖東、南、北三面之敵向北方逃竄。8時半，騎兵第1師師部進入h格爾圖。此役擊斃偽軍500餘人，俘20餘人，連同前3天的保衛戰，共斃偽軍1000餘人。
晉綏軍從俘虜中找出了王英軍的電台台長、日本人牟禮吉和僱員松村利雄。在h格爾圖激戰的同時，李服膺部1個團在興和與敵展開了攻防戰，經17、18兩日激戰，王英部偽軍於20日全部退出興和。
傅作義於h格爾圖初戰告捷的當晚，乘敵一時難以再犯之機，先發制人，立即發起百靈廟戰役。
蔣光頭也於11月16日從洛陽致電閻錫山：「即令傅作義zx向百靈廟積極佔領，對商都亦可相機進拳…非此時乘機佔領百靈廟與商都，則綏遠不能安定也。」
駐綏軍遂準備進攻百靈廟。
百靈廟位於綏遠北部，是馬蘭察布盟草原上著名的寺廟，距省城歸綏約160公里，距武川120公里，四周群山環抱，為喇嘛、蒙牧民聚集中心。有公路北達外蒙古庫倫（烏蘭巴托），東通化德，西南接包頭，東南連歸綏。如果說綏遠是連接華夏東北、西北的津梁，而「東西策應的根據地就是百靈廟」。
百靈廟名義上是國民zf的蒙政會所在地，實際上日本和德王把它經營成進行侵綏戰爭的後方基地。駐守這兒的有偽第7師（騎兵）約1800人、德王直屬騎兵1000餘人，另有專任指導的日本軍官四五十人。總計約為3000人。同時運來大批的糧秣和裝備，「存在廟上的子彈有100萬發以上，白面約二三萬袋」。
針對百靈廟四周環山、山外為平坦草地、35公里內無村落、易守難攻的地形特點，晉綏軍制定了隱蔽接敵、正面攻擊與迂迴包抄相結合、速戰速決、準備阻擊援敵等指導要領，「以強襲之準備作奇襲之行為」，對百靈廟發起進攻。*/.*
1936年11月20日，傅作義在歸綏召集孫長勝、孫蘭峰和袁慶榮部署戰鬥，要求在24日前以迅疾動作、敏快手段，在增援之敵到廟之前襲取成功。同時發佈作戰命令：「騎2師孫師長長勝為指揮，步211旅孫旅長蘭峰為副指揮，旅參謀長袁慶榮為參謀長，指揮步兵419團（欠1營）、421團（欠1連）、第70師315旅補充第1團（欠1連）、騎兵第8團及特務3個連、炮21團第3營，及第6連小炮2門，無線電3台，汽車1隊（計甲車20輛、汽車22日晚10時，各部隊按指定地點集結完畢。
24日凌晨1時，進攻百靈廟的戰鬥全面展開。日本特務機關長盛島角芳指揮作戰，以熾烈火力阻止晉綏軍前進。戰至4時，攻擊部隊深入各敵陣地，戰鬥呈膠著狀態。上午7時天即放明，若無進展，敵飛機助戰，援兵亦至，則對晉綏軍非常不利。因此孫長勝、孫蘭峰到第一線指揮作戰，袁慶榮指揮炮兵，並撥給尖刀連9輛汽車，每班乘1輛，由東南山口魚貫向廟內衝擊，決心在早晨全殲廟內之敵。
經過反覆搏鬥，終於突破敵陣，突入廟內。激戰後將敵殲滅大半。日本特務機關長盛島角芳先率部逃跑，日本顧問煙草谷與偽蒙軍第7師師長穆克登寶也分乘汽車狼狽逃竄。
至上午9時30分，晉綏軍收復了百靈廟。百靈廟一役，斃傷偽軍七八百人，俘虜300餘人，繳獲炮3門、重機槍5挺、400餘枝、電台3架，還繳獲了彈藥一批、麵粉2萬袋和大量汽油。晉綏軍傷亡官兵300餘人。
在百靈廟慘敗的日、偽軍退到錫拉木楞廟。田中隆吉為了挽回頹勢，命令「大漢義軍」的副司令雷中田率領所屬金憲章、石玉山、葛子原、趙奎閣等部在錫拉木楞廟集結，向百靈廟反撲。
1936年11月28日，敵以汽車100餘輛運兵3000餘人到錫拉木楞廟，準備反攻百靈廟。29日，王英直接指揮偽軍騎兵2000餘人繞過商都以北土木爾台，運動到陶林西北一帶牽制晉綏軍。
錫拉木楞廟位於百靈廟東35公里處，在四子王旗的北部。
晉綏軍攻下百靈廟後得知偽軍在此集結，料定敵必反攻，於是制定了退兵誘敵、守廟打援的方針。
在作戰部署上，決定：「一、以騎兵第2師孫長勝師長率該師（3個團）附炮2門，進擊烏蘭花，另以420團附炮1連，乘汽車支援騎兵；二、以211旅孫蘭峰旅長指揮421團、補充第1團、炮兵2連、小炮4門，為固守百靈廟之部隊，但除421團現在廟內之部隊外，余在廟外準備，臨時進入；三、以419團附炮1連，在後廠汗次老為伏兵；四、以獨立第7旅之兩個團，由卓資山開駐武川、黑老各1個團。」這樣，使錫拉木楞廟之敵不能單獨反攻百靈廟，而又迫使該敵離開，晉綏軍則相機佔領之。
自12月3日起，偽軍向百靈廟反攻。守衛廟內的綏軍1個團奮起反攻；殺傷偽軍一部後，有計劃地後退，誘敵深入。下午7時，廟外晉綏軍發起反擊，深入之敵大敗而去。至4日9時，徹底粉碎了偽軍的反攻，斃「大漢義軍」偽蒙軍反攻百靈廟失敗後，殘部退到錫拉木楞廟和布拉圖廟。偽軍內部、偽軍和日本顧問之間產生了矛盾，關係惡化。戰敗的偽軍旅長金憲章、石玉山感到叛國附敵毫無出路，遂派人與傅作義接洽反正事宜。
當百靈廟守軍與敵反攻部隊激戰時，騎兵第2師在烏蘭花東北15公里處的南廂村、h房子與王英部激戰，將其包圍於烏蘭花西北七八十里處的黃陶瓦。
1936年12月8日，石玉山部1個旅在陣地反正。9日凌晨，金憲章也率部反正，將日本顧問小濱大佐以下日本軍官27名悉數殺死，同時向偽蒙軍第7師穆克登寶突襲，將其大部殲滅。
9日上午，晉綏軍進佔錫拉木楞廟。此時，偽蒙軍呈土崩瓦解之勢，偽旅長安華亭率領2個團、偽團長王子修率1個團於1936年12月18日宣佈反正。19日，偽軍呂存義部聞安、王反正，也率部投誠。王英帶著殘兵逃回張北，被日軍全部繳械。至此，「大漢義軍」徹底覆滅。
綏遠抗戰沉重打擊了日、偽軍的囂張氣焰，粉碎了日本帝國主義侵吞綏遠的陰謀。
「九一八」事變後，華夏對日先後有過淞滬、長城抗戰，每次戰後無一不是以簽訂割地喪權的辱國條約而告終。而綏遠抗戰獲得了既收復了失地、又沒有簽訂任何條約的勝利。
日本關東軍原以為晉綏軍不中用，一嚇唬就跑，「只要由日本人作顧問，以王英部打前鋒，利用漢人打漢人……蒙古軍督後，作為第二線支援」就可取勝。
事實與日軍的願望相反：近萬名偽軍和幾十名日本顧問被殲滅，「大漢義軍」徹底覆滅。此後日本不得不撤走了在青（海）、綏（遠）、寧（夏）地區的日本僑民，撤銷了阿拉善地區的特務機關。從此，日本關東軍也不輕信偽軍了。
綏遠抗戰，激發了全國人民空前的抗戰熱忱。綏遠抗戰勝利的消息傳到全國各地，「四萬萬人聞之，神為之旺，氣為之壯」，各地「自動組織各種救國團體與武裝力量，如救國會、後援會、義勇軍、宣傳隊、救護隊、慰勞隊、募捐隊等，努力擴大救亡陣線，加強抗日力量……」
西安、上海、北平等大中城市的廣大群眾、各階層人士及一些海外僑胞自發參加了「捐萬件皮衣」、「以一日所得援綏」等運動，紛紛要求將綏戰擴大為全國性的抗戰。
上海日商紗廠的4.5萬名工人為抗議日本侵綏舉行罷工。有人認為「這是『五卅』以來，對日本帝國主義最大的一次打擊日本當局也承認，「綏戰使抗日氣氛一度上升」。1936年11月23日天津《大公報》專門配發了著名記者范長江的傑作《綏東戰役中五個民族英雄》。表彰了騎兵師長彭毓斌，旅長董其武，團長張培勳，團長蘇開元。副團長張著。
地實力派為綏戰抗敵勝利而備受鼓舞。剛剛結束了兩廣事變的李宗仁、白崇禧發表通電，要求把前往西安「jg」的zy軍開往綏遠，將廣西軍隊一部或全部北上援綏。閻錫山遵其父遺囑，將87萬元的遺產作了援綏款。李宗仁、白崇禧還抗議將抗日七君子監禁，指出：「如zf加以迫害，遂使全國志士寒心。」應傅作義之請，宋哲元與韓復矩一度會晤於南宮，商討援綏事項。
綏遠抗戰又稱為百靈廟戰役，是1936年發生在中國綏遠地方當局和日本支持的德王等蒙古分裂分子的一場局部戰爭。以中國晉綏軍全勝而告終，這次勝利有力的推動了全國抗日*的到來。