百灵庙是绥远省乌兰察布盟草原上的一个有名的太庙，在绥远省会归绥城西北340余华里，地势险要，建筑宏伟，四周群山环绕，两旁各有小河一条（一为女儿河，一为百灵河），南通归绥、包头，东连察哈尔，西达宁夏，西北沿草地可抵新疆，北与外蒙接壤。百里之内，都是一片起伏不平的旷野草原地带，人烟稀少，无水可吃，唯独这个庙上有水，所以这里便成为绥远北部的宗教、经济与交通中心。庙内经常有喇嘛五六百人，庙东是商业区。蒙奸德穆楚克栋鲁普投靠日本侵略军后，即企图以百灵庙为其在绥远北部的根据地。
日军在这里驻有特务机关长胜岛领导下的军事人员。他们把百灵庙这个地方作为进攻绥远的基地，运来大批粮秣弹药。伪蒙军李守信部骑兵约3000人，在周围山上筑有工事。
傅作义得知敌人的企图后，决定在敌伪发动进攻前，以远距离奔袭战术，先发制人，出敌不意，将百灵庙收复，以毁其巢穴，破坏其狂妄计划，保卫国土。傅在归绥新城召开的军事会议上决定，集中3个骑兵团、3个步兵团及炮兵、装甲车分队一部，由骑兵第二师师长孙长胜、步兵第二一一旅旅长孙兰峰，分别任前敌正副总指挥，进行收复百灵庙的战役。会后，各参战部队即向百灵庙以南35公里的二分子镇附近集结。11月23日夜，各部队官兵斗志昂扬。冒着零下20度的气温和没膝的积雪，开进至敌军阵地前沿，于24日零时开始攻击。由于部队行动秘密，日伪军事前毫无察觉，听见枪声才慌忙进行抵抗。正当进攻部队向纵深突击时，日本特务机关长胜岛角芳亲自拔刀督战，并向女儿山阵地增加轻重机枪10余挺，以猛烈火力阻止突击部队前进。前敌总指挥部为争取拂晓前歼灭该部敌军，避免天明后敌地面和空中增援赶到，即令山炮营向前推进，集中火力摧毁女儿山敌机枪阵地，装甲车掩护步兵攻击前进。不料正行进中，最前面的装甲车兵驾驶兵被敌弹击中身亡，第二辆装甲车被敌用手榴弹炸毁，驾驶兵受伤，这个受伤的驾驶员，冒弹爬进第一辆装甲车，开足马力向敌猛冲。继而攻击部队6辆满载步兵的汽车也由土山口冲入。敌军不支纷向庙内败退，攻击部队跟踪冲入庙内。敌阵地不久即被摧毁，装甲车及步兵由东南土山口冲入，这时骑兵团亦攻占北山，控制了飞机场，并将敌后路切断。此时，伪蒙军官兵20余人在战场起义，调转枪口向日军指挥官射击。胜岛角芳和伪蒙军师长穆克登宝见大势已去，慌忙乘汽车逃窜。攻击部队乘敌混乱，展开分割包围。激战至24日上午，全歼日伪军，收复了百灵庙，共毙敌伪300余人，其中日军20余人，伤敌伪600余人，俘敌伪400余人，缴获大量武器装备。
