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“同意你部立即展開攻擊！”
得到上級同意後，安春山指揮第1營第1連悄無聲息地靠近城牆，架起雲梯向上攀爬。然而，就在攀爬過程中，兩名守城的偽蒙軍發現異常，端著槍走了過來。
本以為一場激戰就此打響，不料，兩人卻操著生硬的漢語發問：
“你們是華夏軍隊嗎？我們是蒙古騎兵師的，華夏人不打華夏人，城上沒有小鬼子，快上來，我給你們帶路。”
就這樣，一槍未發，第1營全體官兵順利登上城牆。隨後，在兩名投誠偽蒙軍的引導下，直撲西北門的城防據點，殲滅守門鬼子20餘人。
此刻，正是黎明之前的甜夢時分，激烈的槍聲驟然響起，鬼子和偽軍亂作一團，來不及穿好衣服，便倉促滾進堡壘工事，胡亂地開槍抵抗。93團第1營趁勢衝鋒，很快便控制了包頭城內的西北高地。
與此同時，新31師91團和五臨警備旅於霖瑞團在城北集結完畢，新31師93團的其他兩個營也在城東北集結完畢，聽到西北門方向槍聲大作，便猛撲城牆，展開攻勢。隨隊出征的山炮營，由攻城副指揮官劉振蘅下令，佈置於黃草窪一帶，迅疾開炮，掩護攻城部隊。
城內城外，炮聲隆隆，硝煙瀰漫，看到攻擊部隊如潮水般湧來，守城鬼子和偽軍慌了手腳，只得各自為戰，隱蔽在城牆垛口後面進行阻擊。激戰未久，五臨警備旅第1團團附梁泮池率先攻入城內，隨後91團主力也殺了進來，展開縱深突擊。
一時間戰局對第8戰區國軍部隊而言非常有利，攻城總指揮孫蘭峰更是大喊：
“拿下包頭城，把這些鬼子都砍了！”
然而，93團團附馮梓率領的兩個營卻遇到了麻煩，包頭城東北角有一條又寬又深的河槽，攻城部隊尋不到任何掩體，完全暴露在敵軍的炮火之下。
更要命的是，鬼子和偽軍重兵防守的轉龍藏高地正位於攻城部隊的側翼，憑藉其強大火力居高臨下猛烈掃射，與城內頑抗的敵軍交織成密集彈網。93團第2營、第3營的攻城部隊紛紛中槍，殘肢斷臂四處橫飛，僅僅十幾分鍾，溝內就被染紅數里。
戰至上午10時，攻城部隊進展情況各異。由於未能按照計劃同時攻入，使得敵人有了喘息的機會，開始組織起有力抵抗，戰鬥進入了白熱化階段。
為了保護騎兵集團司令部，鬼子有意收縮兵力，轉入構築已久的重點防禦區域。或伏於高牆深院的據點，或隱身堅固的碉堡群中，依仗其絕對優勢的火力死死封鎖國軍前進道路。由於火炮奇缺，攻擊部隊只得以集束手榴彈作為主攻武器，戰士們冒著彈雨匍匐向前，每炸燬一個碉堡，就要付出十幾人甚至幾十人的傷亡代價。
激戰之際，小島吉藏的上司駐蒙軍司令官蓮沼蕃亦打來電報詢問是否需要增援，小島吉藏斬釘截鐵地答覆：
“我軍已對華夏軍形成合圍態勢，即將予以殲滅，無須再派援兵。”
此前，小島吉藏已經得到訊息：駐守薩拉齊的鬼子在旅團長片桐茂率領下火速趕來，駐守固陽和安北的兩個鬼子騎兵聯隊正從營地出發，而熊川討伐隊也在西歸途中。這幾支援軍，分別從東面、北面和西面，對包頭構成合圍，而南面則是尚未完全封凍的黃河。重慶軍竟敢攻打包頭，簡直是自投羅網。
攻城總指揮孫蘭峰師長自然知道，如果久攻不下，敵人援兵陸續到來，形勢很可能會發生逆轉。為儘快攻下包頭，他下令由安春山團長統一指揮入城部隊，發起總攻。入城部隊接受調遣，沿前街至財神廟一線向小島吉藏的司令部步步推進，與鬼子逐街逐巷展開激戰。
下午3時，終於將城內鬼子壓縮至東南一隅，並在市中心升起了青天白日旗。久受欺壓的包頭百姓，見此無不歡欣，紛紛送茶送飯，慰勞
