张宗逊原来估计，独一旅可以守三天，没想到损失那么大，那么快失守，增援部队二个旅还在路上，卓资已失守。敌占卓资山后，我军还是没有判断清楚敌之主攻方向，中央军委电报估计敌军可能有3种动向1、呆在卓资山不动，2是向凉城推进（仍旧考虑凉城、丰镇为敌之主要增援路线），第3才是进攻集宁，决定在凉城附近麦胡图集中主力以观其发展。相比其他战场，华北情报工作作得很糟，在其他战场上，这样重要敌情，我军在1-2天内应已得到全部作战计划。
正是在这种没有情报情况下，9月7日，傅之主力暂3军之暂11，17师，35军新31师经平绥铁路以北的火石坝秘密东进。8日，到达集宁西北地区隐蔽集结，（用兵迅速秘密而隐蔽）。
我军由于侦察不力，迟至8日晚才知傅部已东进，马上将主力转向集宁，我军的武器装备之先进也让傅作义的部队吃尽了苦头，损失惨重武器是先进的，战斗指挥经验不丰富。。。。。。。。。。。。。
这时两军区决定，敌围魏救赵，针锋相对，围城打援，主力增援集宁，我军主力相继赶到集宁，计有358旅，独一旅，陈正湘四纵队2个旅，教导旅，并令杨苏一纵队除留一个旅守延庆，另两个旅迅速赶来增援，骑兵旅，独立第三旅特务团，绥蒙军区第七团，骑兵团等等全部赶往集宁，对集宁城下敌军形成绝对优势。两晋军区仅留杨成武纵队和地方部队继续围攻大同。
我军共集中8个多旅，4万多人，配合集宁守军，准备全歼傅之先头部队董其武中路1，3万余人。黄新廷的358旅进至八英滩，和卓资撤下的独一旅靠拢，李湘的教导旅、二纵萧应堂的四旅进至八英滩附近的三股泉，四纵邱蔚11旅进至苏集车站，一纵两个旅到达集宁城东。拟乘敌向集宁进攻时，集中兵力向敌后方进行全面突击。
集宁大决战揭开帷幕。集宁我守军为绥蒙军区2个团即第9团、第五团和绥蒙军区警卫营及晋绥军区独立第三旅第27团,共3个团加一个营兵力，由绥蒙军区司令员姚哲，及政委乌兰夫指挥。集宁城壕既深且宽，城墙上配置交叉火力网点。在城外，我军又控制了老虎山，卧龙山等制高点，居高临下，易守难攻。
9月10日，敌杨维垣暂11师、朱大纯之暂17师，和安春山新31师，在空军配合下，向城外解放军阵地发动进攻，首先向城西，北两面阵地猛烈进攻，先后攻占卧龙山，南营房。逼近城垣。守军拼死抵抗。给敌人造成很大伤亡，新31师92团团长孙英年重伤，两个营长死亡。但敌不顾伤亡，继续进攻。守军因为阵地缺乏纵深，呈单线配备，10日下午，所有外围阵地全部失守，连续发动数次反攻，均未能奏效，于10日夜，余部全部退进集宁城内，准备死守。
我两晋军区主力趁敌人进攻之际，于11日，从三面对敌军形成反包围，猛烈发起进攻，意在围歼傅部于集宁城下，当时形势完全有利于我军，当日夺回了卧龙山以南阵地和土城村高地，傅部3个主力师，万余人危在旦夕，前有坚城，攻不动，后有绝对优势解放军形成包围进攻态势，逃不掉，成了翁中之鳖，处此绝境之中，董其武只有孤注一掷拿下集宁，固守待援，11日，敌于西，南二面猛攻集宁，遭到守军痛击，未能得逞。于是企图西撤，退路已被援军截断，被迫固守集宁西北狭小地区。11日晚六时，集宁外围解放军全部主力向董其武部发起总攻，经激战，到12日晨，攻占了三岔口，脑包山，玻璃图，天门山，石灰山等要点及卧龙山阵地一部，歼暂11师大部，暂17师第3团共5千余人，（其中俘敌2千），将新31师，暂11、17师残部压缩在卧龙山脚下及西南营房狭小地区，并袭击了暂3军司令部和暂17师司令部，摧毁了电台，敌军只剩31师一部电台，傅部岌岌可危。
国名党空军轰炸机随后遭到解放军高射机枪的扫射，击落三架敌机，剩余敌机逃跑， 傅作义见情况危急，于11日上午拟急电3封，一封给董其武，第2封给刘春方骑四师，第3封给孙兰峰骑兵师。给董其武第一封电令被围部队不要死守，应把住我军进攻的3个方向，对集宁方向，应抽出机动兵力死攻，务必尽快拿下集宁，以便有落脚点，第二封电令刘春方骑四师，火速从西南方向包抄集宁，同左翼101师呼应，对已包围集宁城下国军我军实施反包围。三封电令孙兰峰骑兵师向集宁东迂回攻击，策应暂三军和新31师攻打集宁。同时催促35军殿后主力郭景云101师迅猛攻击我军包围部队，以解暂三军之围。
当时战场形势极为错综复杂，扑朔迷离，惊险激烈，敌3个主力师进攻我守集宁3个团，我主力8个旅包围敌进攻之3个主力师，敌101师，骑四师又从后进攻我包围部队，企图救出被围之暂三军及新31师。
双方都竭尽全力拼死搏斗，这时谁出现错误，而对方能抓住机会，谁就能获胜，按照当时战场形势，董部被压缩在城西南一角，没有任何机会，坐以待毙，我军只要发起连续攻击，便可全歼这股敌人，就在此时，我军前线指挥部犯了一个大错误，因为第一天战斗伤亡大，所以没有组织连续进攻董部，整个12日白天没有采取任何行动。而敌利用12日白天重新组织，集结，整顿。再度进攻集宁。
因为情况紧急，必须立刻拿下集宁，暂11师师长杨维垣当着全体军官，士兵，拿起军刀切下自己二段指头，指着二段指头说；“有敢畏缩不前者，有如此指”。所以“杨维垣断指攻城”在董部传为佳话。所部官兵也知道到了生死存亡关头，无不拼死相搏。
虽然李明援助了一批坦克，但坦克学员技术不是那么熟练，加上内战爆发突然，加上坦克的油料少，国民党封锁厉害，最终坦克没有多少参战的，最后便宜了国军兄弟。。。。。。。。
6月28日，毛**电示晋察冀军区领导人聂荣臻、萧克、刘澜涛、罗瑞卿：
国民党大打后，你们的基本任务是保卫地方与夺取三路（平汉路北段、同蒲路、正太路）四城（大同、太原、石门、保定）。
全力举行平汉战役，占领从长辛店至石门（今石家庄）整个平汉路，相机占领保定、石门两城。
举行平汉战役其利有七：一能集中最大兵力；二能打通冀晋、冀中；三能割断平津左臂；四能锻炼新队伍；五能增加人力物力；六能获得热河、冀东两区之战略配合作用；七是该线夺取后可能巩固。因此希望你们用全力组织平汉战役，于半月内准备完毕，待命攻击。
平汉胜利后，即以主力三个纵队不少于二十团四万人入晋，充当夺取山西之主力，首先配合山西各区，夺取正太、同蒲两线，扫清太原、大同以外一切敌据点，使冀晋、晋绥、吕梁、太行、太岳五区打成一片，然后相机夺取太原、大同。
对平汉、正太、同蒲三路之进攻，均是攻城战，望立即训练攻城技术，多备黄色**，制造黄色**之工厂日夜加工。
夺取三路四城须准备六个月或较多时间，但是必须完成此任务。
刘、邓另有任务，不能以主力配合你们打石门。
对于酝酿中的平汉战役，毛**寄予很高期望。7月2日，他致电聂荣臻等晋察冀军区领导人，要求他们在进行平汉战役准备过程中，尽最大努力隐蔽自己的企图，以免过早惊动国民党军。
由于刘（伯承）邓（小平）大军无法配合自己作战，聂荣臻深感不宜贸然发动平汉战役，主张联合晋绥军区，先在晋北打出局面，遂于7月4日请示军委：“无晋冀鲁豫（刘、邓部）的配合，执行中央的指示是困难的。建议用半月的时间，得到晋绥配合打下大同。”当时，聂荣臻希望推迟平汉战役，先打大同，考虑的是平汉路、（北）平（天）津两线驻有国民党中央军21个师、5个总队，而山西太原以北地区只有阎锡山部7个师，相比之下显然要弱得多。
7月5日，毛**答复聂荣臻：“同意你们攻大同计划。望令张（宗逊）、罗（瑞卿）、杨（成武）精心计划，充分准备，坚决夺取之。同时准备歼灭傅作义向我进攻之部队。”
但是，毛**并没有放弃组织平汉战役的念头。7月6日，他又专电聂荣臻，再度强调打平汉战役的重大意义，要求抓紧准备，仍希望先打平汉战役。