由于受到守军的坚决抵抗，再加上城外对傅军实施反包围的解放军四面挤压，此时攻集宁的董其武部已经到了置之死地而后生的境地，几个师均伤亡惨重，关键时刻，董部暂11师师长杨维垣当着士兵地面亲手切下自己的手指立誓表示退缩者杀无赦，董部人马于是拼死向前，和我守军展开了殊死巷战，这时聂荣臻再次犯了一个战略错误，聂抽调围城的大部分兵力去迎击来援的郭景云101师。正因为围城的兵力被大部撤走，董其武部遂趁势一鼓作气拿下了集宁。而进击郭景云部的兵力在受到郭部炮火轰击后误认为敌军众多，最后也不战而退。集宁失守，大同之围不战而解。集宁大同之战以聂荣臻的彻底失败告终。此战解放军死亡两万余，伤四万余，经过一个半月的战斗晋察冀，晋绥两军区兵力由近二十万到仅剩十万出头，当然傅部损失也有近两万，但还是不能不说这是一场大败仗。
当时延安方面已经印出了我军攻克归绥的报纸，当毛泽东得知失利的消息后，曾恨恨的说："此仇不报，誓不为人。"
