撑点的守兵节节后退，引诱伪军进入绥军预设的袋形阵地，毫无防备的日伪军发起追击，进入阵地后立刻被三面夹击，日伪军当场阵亡上百人，被俘230余人。其余尾随而至的伪军部队也全部溃逃。当天下午1点，七、八百名日伪军又开始向百灵庙东侧发起冲击，被绥军阵地的机枪及迫击炮从正面侧面同时阻击，伪军没能继续前进。3点30分，西面大汉义军约500人滞留在绥军阵地前约3里外的一个之山凹内，刘景新团二营绕道侧背后发起夹击，日伪军死伤数十人，其余向东南方向逃走。下午7时绥军发起反击，日伪军被击溃，绥军随即追击六十里，击散其掩护部队后