此时，伪军王英部在前线约三四千人，其一部围攻H格尔图，余分布于土城子、打拉村、台道湾等处。

    18日凌晨1时30分，晋绥军发起全线攻击，战至上午7时，土城子大部被攻占，H格尔图东、南、北三面之敌向北方逃窜。8时半，骑兵第1师师部进入H格尔图。此役击毙伪军500余人，俘20余人，连同前3天的保卫战，共毙伪军1000余人。

    晋绥军从俘虏中找出了王英军的电台台长、日本人牟礼吉和雇员松村利雄。在H格尔图激战的同时，李服膺部1个团在兴和与敌展开了攻防战，经17、18两日激战，王英部伪军于20日全部退出兴和。

    傅作义于H格尔图初战告捷的当晚，乘敌一时难以再犯之机，先发制人，立即发起百灵庙战役。

    蒋光头也于11月16日从洛阳致电阎锡山：“即令傅作义ZX向百灵庙积极占领，对商都亦可相机进拳…非此时乘机占领百灵庙与商都，则绥远不能安定也。”

    驻绥军遂准备进攻百灵庙。

    百灵庙位于绥远北部，是马兰察布盟草原上著名的寺庙，距省城归绥约160公里，距武川120公里，四周群山环抱，为喇嘛、蒙牧民聚集中心。有公路北达外蒙古库伦（乌兰巴托），东通化德，西南接包头，东南连归绥。如果说绥远是连接华夏东北、西北的津梁，而“东西策应的根据地就是百灵庙”。

    百灵庙名义上是国民ZF的蒙政会所在地，实际上日本和德王把它经营成进行侵绥战争的后方基地。驻守这儿的有伪第7师（骑兵）约1800人、德王直属骑兵1000余人，另有专任指导的日本军官四五十人。总计约为3000人。同时运来大批的粮秣和装备，“存在庙上的子弹有100万发以上，白面约二三万袋”。

    针对百灵庙四周环山、山外为平坦草地、35公里内无村落、易守难攻的地形特点，晋绥军制定了隐蔽接敌、正面攻击与迂回包抄相结合、速战速决、准备阻击援敌等指导要领，“以强袭之准备作奇袭之行为”，对百灵庙发起进攻。

    1936年11月20日，傅作义在归绥召集孙长胜、孙兰峰和袁庆荣部署战斗，要求在24日前以迅疾动作、敏快手段，在增援之敌到庙之前袭取成功。同时发布作战命令：“骑2师孙师长长胜为指挥，步211旅孙旅长兰峰为副指挥，旅参谋长袁庆荣为参谋长，指挥步兵419团（欠1营）、421团（欠1连）、第70师315旅补充第1团（欠1连）、骑兵第8团及特务3个连、炮21团第3营，及第6连小炮2门，无线电3台，汽车1队（计甲车20辆、汽车24辆），以迅捷之手段，袭占百灵庙。”

    22日晚10时，各部队按指定地点集结完毕。

    24日凌晨1时，进攻百灵庙的战斗全面展开。日本特务机关长盛岛角芳指挥作战，以炽烈火力阻止晋绥军前进。战至4时，攻击部队深入各敌阵地，战斗呈胶着状态。上午7时天即放明，若无进展，敌飞机助战，援兵亦至，则对晋绥军非常不利。因此孙长胜、孙兰峰到第一线指挥作战，袁庆荣指挥炮兵，并拨给尖刀连9辆汽车，每班乘1辆，由东南山口鱼贯向庙内冲击，决心在早晨全歼庙内之敌。

    经过反复搏斗，终于突破敌阵，突入庙内。激战后将敌歼灭大半。日本特务机关长盛岛角芳先率部逃跑，日本顾问烟草谷与伪蒙军第7师师长穆克登宝也分乘汽车狼狈逃窜。

    至上午9时30分，晋绥军收复了百灵庙。百灵庙一役，毙伤伪军七八百人，俘虏300余人，缴获炮3门、重机枪5挺、步枪400余枝、电台3架，还缴获了弹药一批、面粉2万袋和大量汽油。晋绥军伤亡官兵300余人。

    在百灵庙惨败的日、伪军退到锡拉木楞庙。田中隆吉为了挽回颓势，命令“大汉义军”的副司令雷中田率领所属金宪章、石玉山、葛子原、赵奎阁等部在锡拉木楞庙集结，向百灵庙反扑。

    1936年11月28日，敌以汽车100余辆运兵3000余人到锡拉木楞庙，准备反攻百灵庙。29日，王英直接指挥伪军骑兵2000余人绕过商都以北土木尔台，运动到陶林西北一带牵制晋绥军。

    锡拉木楞庙位于百灵庙东35公里处，在四子王旗的北部。

    晋绥军攻下百灵庙后得知伪军在此集结，料定敌必反攻，于是制定了退兵诱敌、守庙打援的方针。