晚9点整，各有24门105榴弹炮向大同和张家口城防和侦查到的炮兵阵地猛烈轰击。与此同时在张北，宣化，怀来，涿鹿，丰镇，阳原，阳高，天镇，怀安，兴和，察哈尔右翼前旗都有1个营埋伏在县城边。
炮击5分钟后停止，西北东三面各一个步兵连成散兵阵型往城墙方向突击，遇到火力点就隐蔽或卧倒，团属炮连用九七式步兵炮轰击日军暴露出火力点和城门，半小时后两城的三座城门都被攻克。后续部队向城里日军据点攻击，营属迫击炮连和团属九七炮连也一同跟进。
到半夜，火力开路的保安队将城里的日军被肃清。逃出城的日军被埋伏在南城门外的一个营歼灭。
驻蒙军司令官冈部中将，参谋长高桥少将在张家口南城外被击毙。
26师团长黑田中将在大同26师团部剖腹自杀。
在周边县城埋伏的部队10点前又敲了很多支援部队的闷棍，都是地雷加手榴弹诡雷。随后机枪扫射残敌，靠近了就手榴弹炸。然后尝试进攻县城，能攻就攻，遇到强火力就后撤等待。
陈超接到占领大同和张家口战报后，立即命令保安队攻击大同的1个旅的团预备队去攻击大同矿区。留下1个团守大同并打扫战场，另外抓捕汉奸，清理日资企业和商铺，收缴财物。
张家口也是留下一个团守城，抓捕汉奸日侨，收缴他们财物。
大同西北东的2个旅按原计划调兵攻占周边县城。
张家口方向也快速调兵攻占周边县城。
大同南边一个旅早埋伏在山阴，怀仁两县城附近等半夜时进攻，日军自己出来支援大同最好，打的时候守军还少很多。然后阻击援军。
战打的范围很大，保安队8万人多点开花。没有参谋部很多人做详细计划，并配合指挥。陈超根本没法快速高效的指挥完成作战。
想到共党独立旅没必要继续做预备队了就让他们攻击大同南边的应县和西边县城，打下后可交给旁边的八路军。
同时上报军政部，攻占了大同和张家口。可以把大同交给二战区接管。大同是经济重镇，有日军需要的战争资源煤炭，日军肯定会疯狂反扑，要夺回去，保安队没计划长期坚守，大同处于盆地中，没有地利，坚守得往南去打下雁门关防守，那样必定会被日军重炮旅团轰击。所以计划是退到长城北边，依托长城防守。二战区接管最好，有人帮了挡日军。
早上四点接到战报显示，作战目标中没夺下的就包头与兴和了，兴和那边确定天亮前拿下。包头那边就快赶到了。
按计划大同和张家口周边的部队攻占了目标后，留下少部分兵力驻守，大部分兵力会集结到与日军交界处建立防御阵地，都有详细的作战计划，情况有变后会进行调整。
现在多了陈超下令的八路军燕山独立旅，对被八路军和保安队围在中间的日军据点进行进攻。目前还没战报过来，那些孤军又没多少兵力，威胁不大，陈超下令又晚，等天亮了再询问。
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