1933年7月1日，同盟军左路收复宝昌，乘胜发起多伦战斗。多伦为察东重镇，由日骑兵第四旅和伪军一部固守，城外筑有八卦炮台32座，及内外交通壕和电网等工事。7月4日，吉鸿昌决定先发制人，一举攻克多伦。7日23时，同盟军分路发动进攻，经两天三夜激战不下，吉鸿昌乃亲率敢死队，赤膊匍匐前进，连续三次登城，仍未奏效，伤亡200余人。11日拂晓，同盟军又数度攻城，遭日机轰炸，伤亡甚重，乃暂退原阵地待机。吉鸿昌暗派副官率士兵40余人化装潜入城内。12日晨1时，吉鸿昌利用夜暗再次组织猛攻，城内鸣枪响应，同盟军终从北、西、南三门攻入城内，经3小时巷战，收复多伦，为“九·一八”以来中国军队首次收复失地之举。
14日，上海各团体救国联合会致电冯玉祥和吉鸿昌：“政府之所不敢为者，而公等为之，政府之所不能克者，而公等克之。尽筹硕划，岂惟大快人心，直使今后之欲为石敬瑭、秦桧者，将有所畏慑，而不敢径行其私。”16日、17日，李烈钧、程潜、蒋光鼐、蔡廷锴、李宗仁、李济深、陈铭枢等先后电贺冯玉祥克复多伦，电文说：“捷音传来，遐迩欣慰。激已死之人心，伸大义于天下。”表示要“从种种方面设法策应”，26日，天津《益世报》说：“我们只有失陷领土的故事，并没有什么人做过收复失地的工作，有之，吉鸿昌收复多伦为第一次。”并要求当局“勿功秦桧而罪武穆”。在捐款方面，各省当局和各民众团体共捐近40万元。海外13个华侨团体亦发出通电，吁请旅居国外的爱国侨胞给同盟军以军饷支援。