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然而随着黎明的临近，不但神威堡战火依旧，**不断投入新锐兵力强攻；张北方面**也数次出动骑兵冲击，虽每次都被击退，但日军的战损也逐渐增加；迫使日军将一个又一个步兵大队乃至骑兵中队投入反复争夺，大批后续部队也向西拥去。而张家口本身，在几万日军围攻之下，第2旅已经损失大半，第、4旅也损失近半，和师直属队背靠背之势尤在张家口东、西两块狭小抵御内坚持，日军攻击部队也已伤亡过万，伤兵如潮。
见突击兵团西重东轻，害怕**打一个声西击东，冈村宁次下令刚调来的第44师团沿河推进至石嘴子掩护东侧；果然，该部前卫骑兵搜索队刚赶到石嘴子，晋绥军一部就从东面对其发动进攻，连同正在赶往石嘴子的第44师团行军纵队也遭遇规模不小的袭击，双方打成一团；又迫使冈村宁次继续抽调援军。还不放心，再次让参谋部一个师一个师的查，分析附近**还有多少部队，得到的结论是不超过4个师，才让冈村松了一口气，派出就近最后2个师团牵制，之后倒头就睡着了。
应该说日军的侦察和分析的很正确，正在逼近张家口、试图绝地大反攻的部队的确只有个师，但这个师是第5、第20和第29师，另外傅作义派出他的老底第0师正在扑向乌拉哈达、西甸子、朝天洼一带准备阻拦南下的日军增援，只不过夜行军速度不快，天亮之前还在离日军搜索幕不远处休息了一个小时。
2日晨5时5分，4个精锐师的搜索分队及突击队开始乘着黎明前最黑暗的时刻向日军摸索前进，借着张家口方面爆炸和燃烧的亮光，不断用冷兵器解决一个又一个日军骑兵搜索分队，偶尔的枪声也在张家口方面激烈的枪炮声背景下无人注意。
5时7分，随着天色渐亮，第20师终于在前屯附近摸哨暴露，引发双方第一次激烈交火，惊醒了日军，全面战斗于是爆发。
最先开打的是首先天亮的空中，好久没有出现的**战斗机群突然临空，且全部是新锐的p5野马式战斗机，40多架700公里/时的高速强火力、分三路从南到北横扫多过自己一倍的日本战机，当场击落日军轻轰、司令部侦察及战斗机等共20余架，打的其余日机逃之夭夭。
随即第20师和第29师分从东、西两面攻袭正在进攻张家口的日军背后，早有准备的日军分以2个步兵旅团为主的兵力阻拦，但他们立即就遭到出乎意料的强大压力，前哨阵地被连连击破，精确而密集的轻火力近程覆盖整个战线，使原田次郎和福荣真平不约而同向饭田祥二郎呼叫：“我军面前出现华军强有力一军进攻！”
由于空中混乱，日军的第一波侦察幕被打乱甚至击落而未能及时完成清晨搜索任务；第00和第02师团的呼叫使冈村和饭田都错误的估算了**部署，误以为**将所有兵力都投入张家口东、西两面的反攻而作出了错误的决定：向这两个地方派出最后的增援。于是当一贯走运的林育容率领第5师从长城外东面杀近张家口时，饭田只能用被打伤的、正在休息的骑兵单位进行抵抗了。
山地作战，还是防御作战，骑兵的尴尬可想而知，若非2个炮战车（日军对自行火炮的称呼，史实）中队勉强开上山坡实施近距离火力支援，一线处于徒步状态的各骑兵中队连第5师的第一次冲锋都差点支持不下来；而陷入各个战场的日军主力却已来不及抽调，当陈世椿发动第二次冲锋后，骑兵的抵抗迅速崩溃，来不及撤退的炮战车也被破甲拳击毁近半，狼狈不堪的和剩余的骑兵一起逃下山去，连通张家口的南北大路彻底敞开了。
被仓促摇醒的冈村宁次闻听后不觉长叹一声，不得不下达实施备用计划。
顷刻之间，围绕张家口的各路日军纷纷向长城沿线退却，空中大批战机也再次光临，不顾**野马的攻击将炸弹投在**追杀的道路上。而附近原本长城以北的日军则全部向第5师方向推进；但这种战场上全线撤退是要付出惨重代价的，几乎每一路日军后队都成百上千的丢下战死者的尸体。