1936年11月15日，日伪军5000余人，在野炮、装甲车、飞机掩护下，向红格尔图中国守军阵地猛烈攻击，守军英勇抗击，军民戮力同心，战斗情绪高涨。16—18日，日伪军连续猛攻，均未得逞。
16日，傅作义亲赴集宁，令董其武亲率所部，突袭日伪军。
17日夜，参战部队分别有卓资山、集宁两地迅速机动至红格尔图西之丹岱沟一带集结，向日伪军突然发起反击。19日晨2时，董指挥3个步兵团、1个骑兵团及炮兵营等部，围歼日伪军。敌仓猝应战，激战至拂晓，狼狈溃退，红格尔图战役自13日开始至19日结束，战斗7昼夜，打退了日伪军的进攻，摧毁了田中隆吉和王英的指挥所，缴获大量军用物资。工英连自己乘坐的马车也未及带走。
伪蒙古军在红格尔图惨败后，遂改以百灵庙为中心，进犯绥北。傅作义决定在日伪发动进犯前，以远距离奔袭战术，先发制人，将百灵庙收复，以毁其巢穴。傅在归绥新城召开的军事会以上决定，集中3个骑兵团、3个步兵团及炮兵、装甲车分队一部，由骑兵第二师师长孙长胜、步兵第二一一旅旅长孙兰峰，分别任前敌正副总指挥，进行收复百灵庙的战役。会后，各参战部队即向百灵庙以南35公里的二分子镇附近集结。
23日夜，各部队官兵冒着零下20℃的气温和没膝的积雪，开进至敌军阵地前沿，于24日零时开始攻击。由于傅部行动秘密，日伪军事前毫无察觉，听见枪声大作，才慌乱进行抵抗。激战至 24日上午，全歼日伪军，收复了百灵庙，共毙敌300余人，其中日军20余人，伤敌600余人，俘敌400余人，缴获大量武器装备。
21日，红军领袖毛泽东、朱德在发给傅作义将军的贺电中说：“足下孤军抗日，迭获胜利，日伪军不能越雷池一步，消息传来，全国欢腾，足下之英勇抗战，为中华民族争一口气，为中国军人争一口气。”
全国各界给前线部队捐赠的慰问金共200余万元。