“同意你部立即展开攻击！”
得到上级同意后，安春山指挥第1营第1连悄无声息地靠近城墙，架起云梯向上攀爬。然而，就在攀爬过程中，两名守城的伪蒙军发现异常，端着枪走了过来。
本以为一场激战就此打响，不料，两人却操着生硬的汉语发问：
“你们是华夏军队吗？我们是蒙古骑兵师的，华夏人不打华夏人，城上没有小鬼子，快上来，我给你们带路。”
就这样，一枪未发，第1营全体官兵顺利登上城墙。随后，在两名投诚伪蒙军的引导下，直扑西北门的城防据点，歼灭守门鬼子20余人。
此刻，正是黎明之前的甜梦时分，激烈的枪声骤然响起，鬼子和伪军乱作一团，来不及穿好衣服，便仓促滚进堡垒工事，胡乱地开枪抵抗。93团第1营趁势冲锋，很快便控制了包头城内的西北高地。
与此同时，新31师91团和五临警备旅于霖瑞团在城北集结完毕，新31师93团的其他两个营也在城东北集结完毕，听到西北门方向枪声大作，便猛扑城墙，展开攻势。随队出征的山炮营，由攻城副指挥官刘振蘅下令，布置于黄草洼一带，迅疾开炮，掩护攻城部队。
城内城外，炮声隆隆，硝烟弥漫，看到攻击部队如潮水般涌来，守城鬼子和伪军慌了手脚，只得各自为战，隐蔽在城墙垛口后面进行阻击。激战未久，五临警备旅第1团团附梁泮池率先攻入城内，随后91团主力也杀了进来，展开纵深突击。
一时间战局对第8战区国军部队而言非常有利，攻城总指挥孙兰峰更是大喊：
“拿下包头城，把这些鬼子都砍了！”
然而，93团团附冯梓率领的两个营却遇到了麻烦，包头城东北角有一条又宽又深的河槽，攻城部队寻不到任何掩体，完全暴露在敌军的炮火之下。
更要命的是，鬼子和伪军重兵防守的转龙藏高地正位于攻城部队的侧翼，凭借其强大火力居高临下猛烈扫射，与城内顽抗的敌军交织成密集弹网。93团第2营、第3营的攻城部队纷纷中枪，残肢断臂四处横飞，仅仅十几分钟，沟内就被染红数里。
战至上午10时，攻城部队进展情况各异。由于未能按照计划同时攻入，使得敌人有了喘息的机会，开始组织起有力抵抗，战斗进入了白热化阶段。
为了保护骑兵集团司令部，鬼子有意收缩兵力，转入构筑已久的重点防御区域。或伏于高墙深院的据点，或隐身坚固的碉堡群中，依仗其绝对优势的火力死死封锁国军前进道路。由于火炮奇缺，攻击部队只得以集束手榴弹作为主攻武器，战士们冒着弹雨匍匐向前，每炸毁一个碉堡，就要付出十几人甚至几十人的伤亡代价。
激战之际，小岛吉藏的上司驻蒙军司令官莲沼蕃亦打来电报询问是否需要增援，小岛吉藏斩钉截铁地答复：
“我军已对华夏军形成合围态势，即将予以歼灭，无须再派援兵。”
此前，小岛吉藏已经得到消息：驻守萨拉齐的鬼子在旅团长片桐茂率领下火速赶来，驻守固阳和安北的两个鬼子骑兵联队正从营地出发，而熊川讨伐队也在西归途中。这几支援军，分别从东面、北面和西面，对包头构成合围，而南面则是尚未完全封冻的黄河。重庆军竟敢攻打包头，简直是自投罗网。
攻城总指挥孙兰峰师长自然知道，如果久攻不下，敌人援兵陆续到来，形势很可能会发生逆转。为尽快攻下包头，他下令由安春山团长统一指挥入城部队，发起总攻。入城部队接受调遣，沿前街至财神庙一线向小岛吉藏的司令部步步推进，与鬼子逐街逐巷展开激战。
下午3时，终于将城内鬼子压缩至东南一隅，并在市中心升起了青天白日旗。久受欺压的包头百姓，见此无不欢欣，纷纷送茶送饭，慰劳国军。