11月16号，蒋介石给阎锡山发电报，指示其占领绥远重镇百灵庙和商都。阎锡山派麾下大将傅作义攻打百灵庙，另给蒋介石回电，要求中央军增兵5万，拿下雁北。
日本方面和伪蒙军队得悉中国军队要进攻百灵庙，赶紧增加兵力。傅作义得到伪蒙军增兵的情报，有些担心，给国民党中央军事决策机构发去电报，请示机宜。最高军事当局指示：利用夜战，拿下百灵庙。
虽然驻守百灵庙的日本特务机关长拿着战刀督促伪蒙军和部分日军拼死抵抗，但兵贵神速，傅作义指挥得当，将士拼命。11月24日，仅仅一天时间，中国军队就拿下了百灵庙这一绥远重镇。
拿下百灵庙、粉碎日本人建立"大元国"傀儡政权之前，陈诚已赴宁夏定远营赢得了达王(阿拉善旗第九代十任札萨克和硕亲王)的支持，赶走了日本在定远营的势力，挫败了日军企图在宁夏扶植"大夏国"的企图。一时，国民党政府在外交方面表现得空前强硬。
当时，中国和日本正在进行恢复国交谈判。谈判过程中，国民党外交部长张群直接指出：日本对华北的真实意图是造成独立、半独立的政权，进而破坏中国领土与主权的完整。对此，中国政府方面绝无讨论之余地。
