城内也驻有一个骑兵营，名义上是国军的部队，实际上是马鸿逵安插在包头的一个据点。
骑兵侦察团在7月8日傍晚抵达包头外围，侦察兵化装成牧民和商人进城摸清了守军的部署。
团长把情报汇报给胡琏之后，胡琏决定不等天亮，当晚就发起进攻。
胡琏子所以如此快速下令进攻，原因就是包头的守军来自三个不同的系统，指挥不统一，协同很烂，夜间突然袭击最容易让他们陷入混乱。
7月9日凌晨两点，潘裕昆的一个榴弹炮团在包头城外约十公里处展开了射击阵地，另一个炮团在城北方向选择了一个制高点。
两个炮团同时对城北的日军兵营和城西的伪蒙军营房进行了炮击。
150毫米榴弹炮的炮弹落在兵营里，一开始就给了马家军一点小小的震撼。
炮击持续了十五分钟，日军兵营和伪蒙军营房全部被炮火覆盖，火光冲天。
炮击刚一停止，两个装甲团就从东面和南面同时冲入包头市区。
T-34坦克的履带碾过城外的土路，发动机的轰鸣声盖过了残存的枪声。
日军残部在炮击中被炸得七零八落，残存的士兵试图依托兵营的围墙组织抵抗，但T-34坦克的76毫米主炮几轮设计就把围墙轰塌了半边，步兵跟在坦克后面冲进了兵营。
不到一个小时，城北的日军兵营被攻占，守军大部被歼。城西的伪蒙军骑兵在炮击中就已经炸了营，很多人连马都没来得及骑就逃出了城外。
马鸿逵的骑兵营更是怂的一批，营长在听到第一发炮弹落地的声音之后就带着全营从西门跑了，跑之前还放火烧了营房。
战事十分顺利，包头在一夜之间被攻占。西征兵团缴获了伪蒙军的一批军马和弹药，以及马鸿逵骑兵营仓促撤离时留下的十几车粮食。
包头拿下之后，胡琏留下第18师的一个团在包头驻防，维持后方秩序，其余部队继续向银川方向推进。