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大汉义军”于1936年11月13日接到了日军指挥部下达的作战命令，其作战企图是：“以占领包头之目的，拟分两路进攻。”一路是张复棠部，于十五日前从南壕堑出发，向兴和方面进犯。另一路为主力，由步兵第二旅，骑兵第一、二旅及骑兵支队初直属队组成，于十四日从
商都出发，企图经
红格尔图、上城子、乌兰花、固阳，向包头方面进占。14日夜,“大汉义军”主力从商都出发，向红格尔图方向推进。
晋绥军方面，在红格尔图的守军只有骑1师所属骑2团1、4两个骑兵连和一个重机枪排；218旅所属步兵436团3营一个骑兵连和张存德率领的当地民众守备队百余人，由骑2团
张著副团长指挥防守。
1936年11月14日晚上12时，其先头部队进至距红格尔图四里之阳坡村，与
达密凌苏龙派出的巡逻队遭遇，发生前哨战。15日上午8时，大汉义军1500余人开始向红格尔图发起进攻，战斗中日军出动了飞机四架、山炮六门，向东、北两面围墙猛轰，掩护分由东北南三面，向城内进攻的步骑兵。而城内的守军则以工事堡垒为依托，双方激战两个小时后，大汉义军阵亡六七十人，只得暂时撤退。此后大汉义军继续进攻，战至下午5时，大汉义军的多次冲锋全部被击退。
彭毓斌在
集宁得知战况后，立即下令驻防高家地的骑兵第六团，利用夜间增援红格尔图。14日晚上12点，骑六团团长
张培勋率该团两个连及机枪一排，由高家地驰来增援，从西门进入红格尔图。15日拂晓，
田中隆吉、
王英指挥两个骑兵旅，一个步兵旅向红格尔图猛扑，先后冲锋七次之多。
16、17两日，在田中隆吉指挥下，大汉义军总指挥王英率领石玉山部和杨守诚部两个骑兵旅、金宪章部步兵旅、两个炮兵连以及胡宝山部骑兵支队、于志谦率领的游击大队等直属部队，在日本飞机掩护下，从东、南、北3面继续向红格尔图守军阵地猛攻，但阵地始终在守军手中。
归绥总指挥部当时作出判断，断定这次不是像八月那样的骚扰行动，日伪军已经开始正式进攻绥远。11月15日，
傅作义和
赵承绶赶到集宁前线，亲自指挥作战。二人认为，虽然进攻红格尔图的并不是日伪军主力，但是声势浩大，也具有相当的威胁性，一旦红格尔图失守，绥远的东南部也即将被攻陷。最终二人商讨决定，在大汉义军大举进攻的时候，采取防守策略，并出其不意发动进攻；集中优势兵力机动作战，灵活调动正规部队，用于攻势作战；大汉义军反扑的时候，不要等攻到面前，要主动迎击；对多路敌人，要集结优势各个击破；当前的任务先要击破围攻红格尔图的大汉义军部队。
11月16日上午，傅作义与赵承绶发出作战命令：由骑兵第一师师长
彭毓斌事骑兵四个团，由步兵第二一八旅旅长董其武率领步兵两个团及炮兵一个营，在彭毓斌、
董其武统一指挥下行动，目标为歼击红格尔图附近的大汉义军部队，并限于17日夜间发起袭击。同时，调驻守丰镇的六十八师四〇一团至大六号，掩护集宁东北一带，支援出击部队。骑一师阳步二一八旅当时分驻集宁、大六号、旗下营、
卓资山等地，距离指定集结地八苏木，近者110里，远者达270里，但他们还是在一夜之间所有部队都赶到了集结地区。17日拂晓，进击部队步、骑、
炮兵三隐蔽集结于八苏木附近，距大汉义军集结地只有二三十公里。当天上午9点，彭毓斌发布进攻命令：“本师以奇袭该敌之目的，拟下今(17日)夜行动，于明(18日)拂晓向该匪侧背施行攻击，务期歼该匪于红格尔图以东，野猫沟以西一带地区。”
这时，王英伪军在前线的约有三、四千人。除以一部围攻红格尔图，其余则分布于土城子、打拉村、台道湾等处。17日晚上11点，董其武在廷镇以南十二苏木召开部队长会议，下达作战命令：四二二、四三六两步兵团各加属炮兵一连，于十八日凌晨2点，向土城子、打拉村、二台子、七股地一带的日伪军进行分割包围，并分别聚歼；同时命令骑兵团秘密迂回于打拉村、土城子以东地区，截击溃退和增援的日伪军。12点，董其武率步兵四三六
李作栋团、四二二
王雷震团，山炮一营，向头股地、土城子、阳波村等处的大汉义军进袭，骑兵第三、四团及炮兵一连，向三股地、打拉村之敌奇袭，骑兵第五团主力及装甲车队、特务连为师之预备队，防守从商都到红格尔图的道路。
1936年11月18日凌晨1点30分，各部队疾进至不浪山腰，并立刻发起了全线进攻。四二二团先在土城子以南与敌发生激战，随即攻占了阳坡村。绥军骑兵攻占三股地后，冲至打拉村。第四三六团先后攻占了头股地、小土城子。战至上午7点，土城子以北东西山腰也被
晋绥军步兵占领。红格尔图东南北三面的大汉义军部队开始向北方逃窜，其中南面的攻城伪军绕道城东向北逃窜。8点30分，骑一师师部胜利进入红格尔图，红格尔图保卫战宣告结束。