隨著二戰區長官部命令逐步下達，駐紮在太原周邊的中國軍隊都開始動了起來，與此同時，辛苦了一夜的板垣徵四郎等人還沒來得及休息就接到了一個更加糟糕的訊息——駐蒙軍司令部所在地庫倫遭到支那軍隊的襲擊，城破，守軍被全殲，駐蒙軍司令官蓮昭潘中將被生俘。
這個訊息可是給了大同前線的日軍狠狠一擊，駐蒙軍司令部被襲擊，司令官被生俘，這讓第26師團、獨立混成第15旅團、騎兵第4旅團情何以堪，他們在大同前線耀武揚威的時候，老巢卻被人家給端了，而且端的如此徹底。
接到華北方面軍轉來的電報之後，板垣徵四郎緊急命令部隊全部撤出戰鬥，靜候大本營的命令，同時嚴防中國軍隊反擊。
26日上午，大同前線的日軍緊急後撤十五公里，剛剛與六十一軍200旅、223旅、獨七旅接戰的第26師團以及山下旅團等部隊也全部在很短的時間內就撤出了戰鬥，向大同縣方向撤去。
同一天，太原前線的中國軍隊進行大大規模反擊，雙方一開始就進入了白熱化，在中國軍隊兩個集團軍八萬多大軍的猛烈進攻下，日軍兩個師團倍感壓力。
接著共*產黨領導的第十八集團軍第120師也出兵晉西北，攻打日軍第五師團一部駐紮的朔州以及周邊縣鄉，129和115兩個師也各有所動，日軍陣線全線告急。
最重要的是，26日上午，陳鋒所部的200、224、獨七旅以及軍部直屬的警衛團等部隊浩浩蕩蕩開往大同，223旅也出兵陽高縣，向大同方向而來，大有與日軍一決雌雄的架勢，再加上後面還有三萬多礦工組成的補充隊，當日軍偵察機將偵查到的情報上報到華北方面軍的時候，寺內壽一大將著實嚇了一跳。
在請示了大本營方面之後，寺內壽一大將緊急命令大同前線的部隊立即轉為守勢，主力撤往懷仁，避開支那軍隊的主力。
同時緊急命令太原前線的第20師團後撤，暫時放棄對太原的進攻，另外調108師團增援忻口娘子關一線。
11月27日，大本營發來指示，重建駐蒙軍司令部，第二十六師團師團長**淳擔任司令部，另外大同前線的部隊立即經渾源、靈丘、蔚縣撤往張家口，最後經張家口北上，返回庫倫維持大日本帝國在塞北草原的秩序。
11月28日，日軍第五師團撤出懷仁、應縣，在代縣重新安營紮寨，而同一天第20師團在付出一定代價之後也撤離了太原外圍，撤往忻口。
日軍這次興兵十萬餘圍攻大同在很多人看來頗有一點虎頭蛇尾，但是卻在日軍內部以及中國軍隊內部引起了極大地反響。尤其是在日軍內部，在華北方面軍遞交大本營的電報中，陳鋒以及第六十一軍的危險程度直接被變更為戰略級，並且建議大本營將陳鋒以及陳鋒所在的這支軍隊給予戰略集團軍對待。
而在中國軍隊內部引起的反響也不小，最起碼二戰區長官部以及國民政府風軍政部對於陳鋒所部的戰鬥力有了新的認識，尤其是二戰區長官部在得知陳鋒所部這次殲滅斃傷日偽軍四萬餘人，而且還成功摧毀了日軍駐蒙軍司令部，活抓日軍中將司令官蓮昭潘，直接任命陳鋒為綏南行署主任兼大同城防司令，掌管綏南晉北一市12縣的軍政大權。同時獎勵第六十一軍大洋30萬，武器裝備若干，並向國民政府為第六十一軍請功。
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