外围各参战部队接到命令后，迅速开始行动。第10、第40师及教导师向张家口进发，很快赶到张家口附近的青边口、羊房堡等地区。
活动在张家口西南地区的第20师也开始进逼张家口。
由黄御率领的北线指挥部亦正向张家口猛进。
9月19日，第10师和第40师到达草原军阵地，向草原军说明情况，消除疑虑，商讨协同进攻张家口的计划。
确定：9月20日打张家口，草原军从北面协同，帝国军在东、南两面进攻。
并派部队破坏张家口至库伦铁路，以防敌人逃跑。
9月20日6时，进攻张家口的战斗打响了。第10、第40师和教导师，在黄御的指挥下，兵分两路，向张家口发起攻击。
第40师师长杨平、副师长刘伟强指挥全师官兵奋勇冲杀，经过2个多小时战斗，将敌山上的5个阵地攻克。
接着居高临下，猛冲下山，直插东山坡的熊军前线指挥部，战至8时，将其占领。
与此同时，第10
。师师长李长玉、副师长吴立率领团主力，向张家口火车站和熊军指挥部发起攻击，经反复争夺，占领了火车站，并攻入熊军指挥部营房。
教导师作为第二梯队，积极配合第10、第40师战斗。至15时，全部占领清水河以东市区。
由于天下暴雨，河水猛涨，部分帝国军部队被阻于洋河南岸，而草原军又停止于长城线以北，未能对张家口之敌形成围攻。
黄昏时分，进入市区的帝国军部队主动撤至张家口以东的人头山、羊房堡一线，监视敌人。
9月12日，驻张家口地区的熊军开始撤退。
22日，第10、第40师等部队经过短期休整后，在黄御的指挥下，乘势又向张家口之敌发起猛攻，再次占领了清水河以东市区，并派出侦察分队进入清水河以西市区。
11时后，由张家口西北和北面狼窝沟等地后撤的熊军主力，先后进到张家口东部市区，与攻入市内的帝国军部队在火车站、油脂公司等地展开激烈的争夺战。
第40师连续打退敌人十多次冲锋。第10师面对敌开来的坦克装甲车，用铁拳火箭筒等班组火力进行阻击。
并与冲上来的敌人进行白刃格斗，有的战士身上多处被刺伤，仍坚持不下火线。
由于熊军兵力众多，并且配备了大量的重火力，帝国军虽给该敌以极大的杀伤，但未能阻止其向库伦和大同方向撤退。
23日，张家口倭军基本撤走，剩下帝国人仆从军等龟缩到清水河以东德王府周围。
第10、第40师在刚到达的第20师的配合下，继续围歼顽抗的仆从军。
至15时，全部占领了张家口和万全城。与此同时，策应作战的部队亦先后收复涿鹿、尚义、康保、崇礼等县城。
战役结果是役历时3天，歼灭熊军两万余人，缴获轻重机枪两百多挺，各种炮一百多门，步枪三万万多支，弹药库和物资库一百余座，骡马上万匹。
张家口是帝国军在对外敌的战略反攻中收复的第一个重镇。
这一胜利，使帝国直隶西北与晋省重新联成一片，并为进军草原创造了条件，至此，张家口这座塞北重镇宣告光复。
此战之后，邓尼金接受了秦牧提出的苛刻条件:熊军以全军撤出草原，返回熊国，不带走任何辎重。
帝国则同意与熊国签订为期一年的停火协议。
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