日军的主力都在归绥北门和东门，城西南方向只有少量伪军象征性的驻防，加上大战刚刚结束，日伪军紧绷的神经才刚刚松弛下来，这个时候，龙牙纵队骤然发起攻击。
很令伪军们反应不及，龙牙纵队的官兵们扛着云梯，在高射机枪的强大火力掩护下，都冲到了城下，伪军们才回过神来，只是，高射机枪的密集弹雨压制下，任何想要露头的二鬼子都纷纷被击中，向后倒去。
轰隆！几声剧烈的爆炸声也自南门城门洞里传出，火光冲天而起，笼罩了整座城门楼子，几名龙牙步兵踹开被炸的支离破碎的城门残骸，端着枪带头冲了进去。
几个闻讯赶来的伪军士兵，被战士们当场射杀，紧接着越来越多的龙牙士兵从城门处蜂拥而入。
城门被攻破，城墙上的伪军更无心抵抗，纷纷掉头往城内逃窜，大批的龙牙步兵趁机将梯子架设到城墙上，然后顺着梯子蚁附攻城，很快便攀上了城头。
彼时，大批的己方步兵已经从城门攻入了城内，正在追击四散而逃的伪军士兵。
攻入城墙的战士在李云龙的指挥下，并没有下去一起追击，而是沿着城墙分头向西门和东门方向攻击前进而去。
他们的目的是要策应其他攻城部队入城，毕竟东门和北门方向甚至西门都还在日军手中。
南门这边的枪炮爆炸声早已经惊动了其他城墙上的日伪守军，小部分日伪军已经沿着城墙赶来增援。
双方在西门、东门与南门的交汇点城墙拐弯处迎头相遇，立即展开了激烈交火。
与此同时，马一鸣和马守田及时命令部队再度出击，集中全部兵力重新向归绥北门，东门发起了全面猛攻。
迫使日军无法集中力量去救援南门，李云龙的三千步兵攻势如潮，很快便击退了西门方向赶来的伪军拦截部队，趁势攻到了西门城墙段，将城墙上的伪军和少量日军击溃后。
西门城外的地方游击部队官兵们，立即趁势蜂拥登城，会合李云龙所部攻击部队，经过一番激战，终于击退了日伪军的反扑，彻底控制了西门。
攻下了西门和南门之后，李云龙所部三千余人和西门攻进来的五千多地方部队官兵，组成了庞大的攻击集群，从南门，西门两个方向向城内发起攻击，同时也加大了城墙上的攻击力度。
腹背受敌之下，东门和北门的日军终于抵挡不住，损失惨重之下，被龙牙部队从城墙上击退到了城内，依托着民居建筑群负隅顽抗。
龙牙纵队趁势攻入城内，控制了四门和所有城墙，周大胜和赵友德得知情况后，把留作预备队以防万一的两个步兵团立即投入了战斗。
这是六千精力充沛的生力军，他们换下了连续战斗的首批攻城部队，进入城内对残余的日寇发起了一波波最为猛烈的冲锋。
经过数万抗日将士的浴血奋战，将近天明时，终于将龟缩城东北角的日军第26师团等部残部尽数全歼，彻底光复绥远省会归绥城。