阳高会议上，许多人认为，傅作义“即便出兵来援，兵力也不会很大，行动不会很快”，实际上，傅作义来的兵力很多，行动也很快。北路，以3个骑兵纵队为主共3000余人，由陶林向集宁正西方向进攻，进至集宁西北大小土城，遭绥蒙军区骑兵旅阻击。南路，以2个骑兵纵队（师）及保安旅等部，由归绥地区向凉城方向进攻：左翼1个骑兵师一度占领卓资山以南外围据点；右翼1个骑兵纵队进到凉城西北，被晋绥军区独立第三旅、绥蒙军区2个团击退。中路，以暂编第三军（军长董其武）暂编第十一、第十七师，第三十五军第一○一师、新编第三十一师、第三十二师，及1个炮兵团，共14个团兵力，在董其武指挥下，由归绥、陶林分进合击卓资山：左翼新编第三十一师自陶林向卓资山南犯，右翼大部兵力沿平绥路北侧山地东犯卓资山。
在先头部队暂编第十一师、第十七师及新编第三十一师到达攻击地域后，董其武对卓资山志在必得：以暂编第十七师从西面沿铁路北侧向卓资山西山顶实施主要突击；以新编第三十一师从北面向卓资山东北侧高地进攻；以暂编第十一师沿铁路南侧高地进攻，企图以优势兵力，夺取卓资山。
从5日清晨开始，敌人兵分多路，向驻守在卓资山的晋绥独立第一旅阵地发起进攻。“经8小时激战，独立第一旅虽毙伤国民党军1200余人，但外围阵地已被大部占领，加之双方兵力悬殊，遂于当日14时后被迫撤出卓资山阵地。”
在傅作义部大举来援之时，大同前线指挥部决心暂缓攻城行动，转兵北上，与先期展开的部队相配合，首先消灭傅作义部援兵，然后再攻取大同。他们决定，以晋察冀军区第三纵队为主，由杨成武、李志民指挥，继续围困大同，张宗逊、罗瑞卿率晋绥野战军第三五八旅北上，加强打援的指挥和力量；另派陈正湘、胡耀邦前往集宁以西的十八台，统一指挥在卓资山地区的阻援行动。但是，形势急转直下，卓资山仅仅守了8小时就失守。
毛**：命令集宁守军死守，任何情况下不得放弃，否则执行纪律
在傅作义部大举来援之时，大同前线指挥部决心暂缓攻城行动，转兵北上，与先期展开的部队相配合，首先消灭傅作义部援兵，然后再攻取大同。他们决定，以晋察冀军区第三纵队为主，由杨成武、李志民指挥，继续围困大同，张宗逊、罗瑞卿率晋绥野战军第三五八旅北上，加强打援的指挥和力量；另派陈正湘、胡耀邦前往集宁以西的十八台，统一指挥在卓资山地区的阻援行动。但是，形势急转直下，卓资山仅仅守了8小时就失守。
董其武攻占卓资山后，军委电报估计这路敌军可能有三种动向：一、待在卓资山不动；二、救急如救火，敌顺公路直插凉城、丰镇，直趋大同解围；三、进攻集宁。
集宁地处绥东，是平绥线上的战略要地。占据该地，向东南可出兵丰镇、大同，控制晋北地区；向东可出兵尚义、张北，直下张家口，控制察哈尔。因此，国共双方无论谁想夺取大同、张家口等战略要地，集宁都势在必得。9月5日，傅作义部攻占卓资山后，贺龙、聂荣臻立即部署坚守集宁，并报军委，毛**当即回电：“部署很好，望按实情处理……命令集宁守军死守，任何情况下不得放弃，否则执行纪律。”
为对付董其武直插凉城、丰镇以解大同之围或进攻集宁，并集中优势兵力打击这路援敌，大同前线指挥部决定：北进的第三五八旅与南撤的独立第一旅合兵，置于丰镇以西麦胡图地区；将晋察冀军区第一、第二旅由平绥铁路东段车运丰镇，作为战役预备队；将在五台地区休整的晋察冀军区第十一旅直接增调集宁前线。至此，在集宁附近的部队已增至25个团。麦胡图、丰镇都便于向集宁机动，只是麦胡图靠近凉城而远离集宁，丰镇靠近大同而距集宁较远，一旦向集宁机动，劳师费时。大同前线指挥部如此部署，实际上是倾向于董其武会直插凉城、丰镇以解大同之围。
可是，敌人也很狡猾，竟然让晋察冀、晋绥军区的兵力置于无用之地，被迫又转移兵力北上。诚如聂荣臻所言：“我军在撤出卓资山之后，未能继续严密监视敌人，派出的侦察不够得力，通信联络也不顺畅，致使敌人暂编第十一师、暂编第十七师、新编第三十一师，于9月7日从铁路北面绕经火石坝秘密东进，到达集宁西北地区集结，直到9月8日晚上，前线指挥部才得知这一情况，遂决定把部队主力转向集宁。”
9月10日8时许，在董其武指挥下，敌暂编第十一师、新编第三十一师，在空军火力支援下，向集宁城西、城北两侧阵地发起猛烈进攻。遭到守城部队独立第三旅第二十七团猛烈还击，进展迟缓。之后，董其武投入暂编第十七师加强攻势，攻占了卧虎山，并进而猛攻西门外阵地。虽然各点防守部队连续反击，但最终未能阻止董其武部的攻势，被迫于14时退守城垣第二阵地。
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