此时，北面的傅军也已攻占头道沟东侧高地，并继续向东南方向实施包围。傅军第11师沿铁路线南侧高地进攻，也突破了阵地，到14时，独1旅的大部阵地被傅军第11师攻占。.
王旅长得到确切情报，此次卓资山防御战，原来是自己的4个营对付傅军3个师，兵力悬殊太大，经过8个小时的激战，尽管毙伤傅军1200多人，但自己的旅也伤亡500多人。王旅长对原先估计守一个星期没问题的思想作了调整，命令部队迅速撤出卓资山，以保存实力，寻求新的战机。
独1旅撤出卓资山，卓资山就失守了。
解放军在卓资山失守。傅作义更加狂妄了。.他们命令第11师、第17师、新编第31师全部进入卓资山后，立即经火石坝向集宁前进，到了9月8日下午，他们已逼近集宁。傅作义命令这3个师9月10日开始攻城。
这时，358旅已从大同调回，与刚刚从卓资山撤出的独1旅集结在集宁西南约15公里处的三圪尖、八英滩地区。司令员张宗逊根据敌情动向，决定打击由卓资山向集宁前进的傅军，求得歼灭其中一路。
张宗逊的决心一出，政委廖汉生就指出：“我们两个旅现在在三圪尖、八英滩地区，等傅军进攻集宁时，我们两旅要集中兵力从西南方向向傅军侧后进行突然袭击，争取歼灭傅作义一两个师。.”
集宁战斗打了9天9夜，两个旅的官兵无论是守在集宁城内的358旅714团，还是其他外围部队，都英勇顽强、浴血奋战，战到9月13日，共歼灭傅作义的第11师、第17师、新编第31师各一部，计6300多人。
9月13日夜，张宗逊据此情况，判断消灭傅军已无可能，最后命令部队撤出战斗。
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