9月3日下午，傅军第17师占福生庄；傅军第31师占领牡丹沟。两个师纷纷向傅作义发去战绩电报，都称消灭了解放军数百人，以表功绩，其实并未接一枪一炮。远离前线的傅作义赶忙贺电两个师，成了一段笑话。

解放军在卓资山失守。傅作义更加狂妄了。他们命令第11师、第17师、新编第31师全卓资山后，立即经火石坝向集宁前，到了9月8日下午，他们已近集宁。傅作义命令这3个师9月10日开始攻城。

9月5日，双方才真正火。傅军以优势兵力、火力向西山2团2营发起了猛攻。2营官兵守阵地，顽抵抗，战斗一直继续到中午12时左右，击溃傅军10多次冲击，最终因弹药用尽，西山阵地被傅军攻占。

这时，358旅已从大同调回，与刚刚从卓资山撤的独1旅集结在集宁西南约15公里的三圪尖、八英滩地区。司令员张宗逊据敌情动向，决定打击由卓资山向集宁前的傅军，求得歼灭其中一路。

集宁战斗打了9天9夜，两个旅的官兵无论是守在集宁城内的358旅714团，还是其他外围队，都英勇顽、浴血奋战，战到9月13日，共歼灭傅作义的第11师、第17师、新编第31师各一，计6300多人。

9月13日夜，张宗逊据此情况，判断消灭傅军已无可能，最后命令队撤战斗。看

主阵地的翼侧，团主力集结在大、小苏村区域，机动使用。

2团迅速组织争夺，由特务连和1营3连行反冲锋。傅军组织优势兵力和火力，阻击特务连和3连反冲击，加上两个连队于劣势地形，反冲击未能成功，只得固守现在阵地，阻止傅军扩展。

9月4日，傅军第17师至南山、孔独岭；傅军第31师占领卜沟南侧地。

此时，北面的傅军也已攻占沟东侧地，并继续向东南方向实施包围。傅军第11师沿铁路线南侧地攻，也突破了阵地，到14时，独1旅的大阵地被傅军第11师攻占。

独1旅撤卓资山，卓资山就失守了。

张宗逊的决心一，政委廖汉生就指：“我们两个旅现在在三圪尖、八英滩地区，等傅军攻集宁时，我们两旅要集中兵力从西南方向向傅军侧后行突然袭击，争取歼灭傅作义一两个师。”

王旅长得到确切情报，此次卓资山防御战，原来是自己的4个营对付傅军3个师，兵力悬殊太大，经过8个小时的激战，尽毙伤傅军1200多人，但自己的旅也伤亡500多人。王旅长对原先估计守一个星期没问题的思想作了调整，命令队迅速撤卓资山，以保存实力，寻求新的战机。