军情紧急，蒋介石于11月17日下午飞抵太原，行前决定向阎锡山说明利害，如不向蒙伪军出击，晋绥永无宁日。在飞机中，蒋介石决定，主攻百灵庙，佯攻商都。当晚，蒋介石与阎锡山商谈反攻计划，仍感散漫无序，非常感叹。当日，蒋介石决定命中宣部发言人发表谈话：1.一独立国家，其国家之主权，无论对内或对外，必须充分自由行使。2.中日交涉关键所在，完全系乎日本方面。最近匪军大举内犯，边氛日亟。3.今日绥察之问题，极简单明了，来犯者不论其为伪为匪，或其他任何势力，同为国家民族不共戴天之大敌，于此应付之方，惟有迎头痛击，惟有根本剿灭。显然，这一谈话所警告的不仅是德王、李守信等人，而是敢于来犯的日本侵略势力。
18日，蒋介石在太原与阎锡山及各将领见面，说明对蒙伪非出击不可的利害关系，决定出击计划。当日晚，蒋介石返回洛阳，连续三电周至柔，命他立即派遣侦察轰炸机一大队、驱逐机一大队到太原，准备飞绥东作战。19日，蒋介石致电阎锡山，告以我军出击日期越快越好，空军三日内即可在洛阳准备完毕，随时可以候令飞绥作战。
进攻百灵庙就有同日军全面作战的危险。当时，蒋介石已做好思想准备，如日方干涉，即与之破裂。他指示张群，做好与日方破裂时的一切准备手续。此后，蒋介石多次电询阎锡山、傅作义，询问出击准备何时完成。
21日，蒋介石再电阎锡山称：对商都与百灵庙二地，无论为正攻，或佯攻，皆以同时并攻为宜，并须准备充分兵力，而炮兵阵地应预备敌之坦克车在我侧背抄袭，故炮兵掩护阵地与掩护部队尤应充实。若能利用夜袭，出其不意，则成功之胜算更大，务严令前进部队之行动特别秘密与迅速也。
同日，日本外务省发言人称：“绥东战事纯系中国国内事件，与日本无关。纵使有日本人民参加蒙军作战，亦应认为个人行动，与日本政府及日本军队渺不相涉。”但是，该发言人又表示：日政府对内蒙因反共而起之任何防御行为表示同情，并虔诚祝其成功。蒋介石见到这一报道后，立即转告阎锡山，认为日军不敢加入作战，我军应即照预定计划迈进。其后，蒋介石又致电傅作义，询问原定24日进取百灵庙，部队是否已到该地作战，抑或正在由绥远向该地前进中，希望傅详告进攻日期与时刻。当日，各部进入攻击位置。
大战在即，阎锡山心中仍然无底，于23日致电蒋介石称：“日以必得绥远、雁北为旨，恳再备五万人驻扎应战。”蒋介石立即复电：“弟已尽量集结兵力，准备一切，请勿念。”同日，傅作义电告蒋介石，我袭庙各部队已开始行动。但是傅作义又告诉蒋介石，据蒙民云，昨有汽车百余辆，满载军队，在该庙北四十余里之草地住过，向百灵庙开去。蒋介石也立即回电为打气：“即使伪军增加，亦不足为虑。吾兄智勇，必能如计完成也。今日战况如何，望时时电告，以免悬念。”字里行间，透露出蒋介石对前线战况的强烈挂念。
当夜11点，傅作义以所部孙长胜、孙兰峰为正副指挥，按照蒋介石的“夜袭”指令，向伪军发起猛烈攻击。日本特务机关长盛岛角芳亲自持刀督阵，傅部前进受阻。傅作义命孙兰峰孤注一掷，勇猛冲击。激战十小时，肉搏七次。24日上午8时，控制飞机场。盛岛角芳及伪蒙军第七师师长穆克登宝扔下部队逃跑。9时半，中国军队胜利收复百灵庙。此役毙伤敌军七百至八百人，俘敌三百余人，缴获迫击炮三门，重机枪五挺，步枪四百余，弹药及军用物资无数。阎锡山、蒋介石先后通令奖励。
百灵庙之捷沉重地打击了伪蒙军。金宪章，石玉山等部傀儡军纷纷反正。蒙政会委员长沙克都尔扎布等通电表示：“维护中华民族团结，保全国家领土完整。”乌蒙达尔罕旗亲王云端旺楚克等表态，誓率蒙旗全部健儿，“追随傅上将军之后，守土安边，共同御侮。山河可变，矢志靡他”。
收复百灵庙，傅作义的晋绥军是主力，但是，中央军的作用也不能忽视。陈诚后来说：“此役中央军参战的计有四个师，但因当时中央军都换用了晋绥军的番号和旗帜，所以报上的记述，只有晋绥军而没有中央军的名号。中央军每一个官兵，都很了解抗日是军人的天职，不是什么出风头的事，所以虽然用晋绥军的番号旗帜，都一样的拼死效命，相率与友军协力进取。”11月28日，中国政府外交部发言人发表谈话称：“此次蒙伪匪军大举犯绥，政府负有保卫疆土，戡乱安民之责，不问其背景与作用如何，自应予以痛剿。此为任何主权国家应有之行为，第三者无可得而非议。”又称：“中国国民爱好和平，我政府本自存共存之政策，亲仁睦邻，调整国际关系，以期对于世界和平有所贡献。惟领土主权之完整为国家生存必具之条件，不容任何第三者以任何口实加以侵犯或干涉，万一不幸而发生此种非法之侵犯或干涉，必竭全力防卫，以尽国家之职责也。”这里所称“第三者”，虽未点名，显然指的就是日本政府和日本军队。多年以来，中国外交官在洋人面前忍气吞声，这次终于说出了代表中华民族尊严的硬气语言。30日，蒋介石出席中央军校洛阳分校纪念周，发表演说称：“百灵庙之收复，足使全国人心振作，士气发扬，并使全国军民确知吾人只须全国统一，共同一致，决心奋斗到底，必无丧失寸土之理。故百灵庙之收复实为吾民族复兴之起点，亦即为我国家安危最大之关键。”
五、蒋介石要求扩大战果，进一步收复商都等地
商都位于绥远省中部的阴山北麓，元代为蒙古族游牧地，清代设商都牧场，民国初年设县。日军入侵绥远后成为伪蒙军的根据地。百灵庙收复后，蒋介石派陈诚到太原、归绥，和阎锡山、傅作义商量，如何跟踪追击，进一步收复商都、南壕堑、张北等地，以便捣毁匪巢，彻底消灭伪军。
25日，蒋介石致电阎锡山称：辞修兄谅已到达。对出击商都计划，能否于明日轰炸商都时同时实行，俾易奏效，无论商都占领或放弃，但以中意，商都之匪巢不能不铲除净尽，如不便驻守，则占领时即行焚毁，再令撤回绥境亦可，否则绥边仍不能久安，又对于南壕堑匪巢，亦应同时扫除也。何如？盼明晨以前复示为盼。
陈诚到太原后，得知阎锡山担心所在，一是惹起中日战争，要求中央在外交上先有布置，有整个作战计划，同时须与宋哲元一致行动；二是如进攻失败，将引起金融危机，导致晋钞贬值。陈诚向蒋介石及何应钦建议，出兵察北，应以中央军为主体，同时帮助山西和绥远解决困难。
28日，陈诚与傅作义联名致电蒋介石与阎锡山，陈述意见称：若我已有整个对日作战之决心，则以最近敌我形势比较，我军精神上、兵力上均占优势，正宜乘胜进击，立于主动地位，急占商都、南壕堑各要地，即张北亦应同时占领之，先将匪伪击溃，纵将来匪、日军相继增援，来则痛击，方能获得逐步各个击破之效果。但若政略上目前尚无直接冲突之必要，则军事上即应适可而止，迅用外交等手段，借求告一段落。
陈、傅等提出，如我军转入攻势，自以愈速愈妙，飞机轰炸亦须与总攻击配合进行。29日，蒋介石复电陈诚，声称“中所希望者在求晋绥安全而已，商都匪巢与南壕堑之匪若不占领扫除，窃恐绥东不能安全，即其飞机扰乱亦无法制止。至于外交问题自当作整个打算，但中料定我军进占商都决无问题，即进占张北时，倭寇亦绝不敢正式启衅”。他表示：“为外交全盘计，更当收回张北为有利也。”这就说明，蒋介石当时的计划还仅限于局部抗战，局部收复国土，还不准备全面和日军开战。为此，他同时表示：如阎锡山等认为准备未完，应须慎重计议，其理由自属正当，要求陈诚与阎锡山等商决后电告。30日，蒋介石致电傅作义，告以百灵庙为“倭寇必争之地，亦为我军打击倭寇最良之地”，要求傅作义亲到当地布置完妥，尽量增加兵力，严密固守，同时要傅预备充分增援与策应部队，驻扎武川附近，以备随时出击反攻白灵庙的匪寇，“期获全胜，以震国威”。对商都方面，蒋介石同意“暂取守势亦可，不必急追”。
12月2日，蒋介石决定“对倭缓和，进行交涉。”随即致电陈布雷，要他设法使南京、上海的各报舆论“改为缓和”。同日，青岛日本海军登陆，搜索国民党机关，逮捕人员。蒋介石认为此系日方回光返照之举，死期已经不远，决定“忍之，以待其自毙”。同日晚，张群会见川越大使，提出撤退日本陆战队、释放违法逮捕之人民，返还日本陆战队强取之各种文件等三项要求。川越要求继续中日关系讨论，诵读日方拟就的此前谈判情形的备忘录，强行留置。张群认为记载不实，退回日本使馆。3日，蒋介石致电青岛市长沈鸿烈，指示应对方针：“倭方如无陆军运青，则对陆战队当易应付，我军须取应战，而不取求战方针可也。”
12月4日，蒋介石离开洛阳，赶赴西安，督促张学良和杨虎城“剿共”。8日，蒋介石在华清池致电阎锡山和傅作义，告以据情报，“关东军为贯彻对绥既定方针，决定夺回百灵庙，已募得新兵三万八千名，运往商都集结”。蒋要二人查明“是否属实，希严切注意”。这是蒋在西安事变发生前关于绥远作战的最后一通电报。
六、蒋介石对日政策转趋强硬的标志
清理了上述历史过程，人们不难发现。
1.绥远抗战期间，国民政府外交当局不仅没有像张学良所云，仍在“力谋妥协”，而是空前强硬，关于此，冯玉祥当年曾致函蒋介石表示：日方挑拨两广，冀造内战，以收渔人之利。彼自以为得计，乃竟事与愿违，着着失败，故恼羞成怒，欲泄其愤，借无谓之小事，用极大之压力，派兵派舰，复继以七条件，用示威吓。假使允其一条，即足以失我人心，亡我国家，并永为世界各国所轻视，则我之损失也为何如！乃公竟不然，于彼之七条，严厉拒绝之，而反提出五条，义正词严，光明正大，为我国向来言外交者之破天荒，且足以征抵抗之决心。
此前的中日外交谈判，常常日方强硬，中方退让，而这一时期的谈判，日方虽强硬，但中方气势更盛。国民政府的外交当局反退为进，反守为攻，要求废除此前签订的丧权条约，收回已经丧失的部分权利。11月18日，张群更派人通知川越茂，如日本继续在暗中帮助匪伪扰乱绥远，中日交涉将无法继续进行，主动结束了这次谈判。冯玉祥誉之为“我国向来言外交者之破天荒，开以后强硬外交之先例”，符合事实。
张群在谈判中的强硬态度是蒋介石支持、批评和鼓励的结果。谈判开始后，蒋介石即致函张群，告以中国方面“最大让步之限度”。9月17日，又致电张群，告以“如逾此限度，即具最后牺牲决心，望一本此意向前进行”。18日，蒋介石在日记中称：“雪耻。东北四省被倭强占已足五年，自今日起已入收复准备时期。”同日，他对张群在谈判中的表现有极为严厉的批评，日记云：“岳军以去就争沪、福冈联航案，见电悲愤。国人毫无定力，稍受威胁乃即闻风披靡，何以为国！此种人格，何能主持外交？思之痛心。”几天后，张群向川越茂提出废除上海、塘沽协定等5项要求，显然和蒋的批评有关。11月10日，蒋介石指示张群：“应以完整华北行政主权为今日调整国交最低之限度”，“故须准备一切”，“须至任何牺牲，亦所不恤”。几天后，张群即以伪军侵绥为理由，通知川越茂停止谈判。
2.傅作义、阎锡山、陈诚等人对绥远抗战有贡献，但其决策者和总体指挥者，确为蒋介石。1928年的“济南惨案”，特别是1931年的九一八事变之后，由于种种原因，蒋介石和南京国民政府忍辱负重，长期推行对日妥协、退让政策。这一时期，蒋经常提醒自己：“当为最大之忍耐”，“受人之所不能受，忍人之所不能忍”。为此，胡汉民等人曾批评蒋介石和南京国民政府“勇于对内，怯于对外”，但是，日本关东军支持其傀儡军侵略绥远，威胁山西和中国华北、西北广大地区，蒋介石觉得再也不能“忍耐”，于是一反旧态，决策抵抗，主动出击，争取机先，与此前的妥协、退让政策明显区别。这是蒋介石与南京国民政府对日政策转趋强硬的开始，也是其重要标志。这一情况的出现，固然由于全国人民救亡热情的高涨和救亡运动的促进，但是，也和两广统一，抗日御侮有了更好的国内条件密切相关。1936年9月30日，陈诚上书蒋介石说：以前在两粤抗命之候，中央内多牵肘，战有必败之虞，退无可守之地，对内多委曲求全，对外多容忍屈辱，识者亦知咎有分担，有所见谅，今则值国人庆幸统一之余，当日本露骨侵略之下，其救亡图存之属望于中央者，更深且切，而中央亦责无旁贷矣。
这是陈诚对当时形势的认识，也应是蒋介石的认识。当中日两国的调整国交谈判濒临破裂之际，蒋介石紧急动员、作全面抗战的准备，其原因显然在于：两广统一，安内有成，已经形成了对日抗战的基本条件。
