1939年冬季攻势中，中国第八战区副司令长官傅作义奉命指挥该战区部分部队约3万人，袭取包头，以牵制华北日军，策应担任主攻的第二、第三、第五、第九战区作战。日军驻蒙军骑兵集团长小岛吉藏指挥所部万余人及伪蒙军一部，分驻包头、萨拉齐（今土默特右旗）、大佘太（安北，今并入乌拉特前旗）、固阳等地。12月中旬，傅作义秘密调集部队，部署以第35军、五临警备旅袭取包头；绥远游击军潜伏在包头北面山地，待日伪军出城，乘机进占包头；骑兵第6军在萨拉齐、归绥（今呼和浩特）间，新编第6旅在大佘太、包头间，阻止日军向包头增援；第81军沿乌镇、乌梁素海、西山嘴（今乌拉特前旗）之线布防，守备后套地区。20日，第35军和五临警备旅各一部偷袭包头，进入城内，与日伪军展开巷战。第35军主力、新6旅和绥远游击军等部在包头西北歼灭由固阳、大佘太增援的日军骑兵第13团大部和骑兵第14团一部。骑兵第6军在萨拉齐附近地区与日军骑兵第1旅稍战即退。自21日起，日军驻蒙军第26师、独立混成第2旅分别从张家口、大同、归绥等地驰援，反攻包头。至此，牵制华北日军的战役企图已经实现，傅作义下令撤出战斗。包头战役后，日军驻蒙军司令官冈部直三郎指挥第26师、骑兵集团、独立混成第2旅共3万余人及伪蒙军、伪绥西联军各3个师，大举进犯绥西，企图歼灭傅作义部。傅以第81军和骑兵第6军等部分别在乌镇和西山嘴地区阻击日军，第35军集结在五原地区，准备随时机动歼敌。1940年1月28日，日伪军由包头分南北两路西进。骑兵第6军先后在西山嘴、马七渡口、杨高明圪旦等地区抗击南路日军骑兵集团、独立混成第2旅和伪绥西联军的进攻，由于伤亡较大，撤至惠德成地区。第81军在乌不浪口、乌镇地区抗击北路日军第26师的进攻，力战不支，得第35军增援，协力抗击日军后，向狼山转移。至2月5日，日军占领五原、临河、陕坝。6日，傅作义调整部署，将主力分别隐蔽在狼山和黄河南岸的沙漠地带，待机反击，同时以部分兵力实施游击，袭扰日军。日军误认为傅部主力已经被歼，从2月中旬起，将驻蒙军各部陆续撤回原防地。傅作义乘机以部分兵力收复临河、陕坝及丰济渠以西地区。绥西战役后，由日军绥西警备司令水川伊夫、五原特务机关长桑原荒一郎指挥警备军、五原特务机关及其特务队、宪兵队、伪蒙军和伪绥西联军等部共3000余人，驻防五原及其附近地区。傅作义决心乘日军兵力薄弱之机攻取五原，以第35军新编第31、第32师和绥远游击军、五临警备旅进攻五原；骑兵第6军向五原西侧新公中、西商之敌攻击；新编第5旅在大佘太、西山嘴地区，新6旅在万和长地区阻日军增援；第35军第101师为总预备队。3月20日开始攻击。由新编第31师、绥远游击军和五临警备旅各一部组成突击队，奇袭五原新城，出敌不意突入城内，歼灭义和渠以东日伪军大部。日伪军残部退集日军警备司令部和五原特务机关所在地两个坚固据点。双方展开激战。新编第32师在第101师一部增援下，击溃伪蒙军2个师，于21日占领五原旧城。骑兵第6军在新公中地区歼灭伪蒙军1个师。日军驻蒙军急从包头、归绥等地调骑兵集团主力、第26师一部和固阳、大佘太的警备队共5000余人回援，进至乌镇、万和长地区，遭第101师主力和新6旅顽强阻击，被歼一部。新31师主力和五临警备旅主力从西关攻入五原新城，歼灭义和渠以西之敌后，与突击队会师，在炮兵火力配合下，奋战至22日下午，终将日军警备司令部和五原特务机关全部摧毁，完全收复五原。24日，日军驻蒙军骑兵集团主力、第26师一部和固阳警备队、大佘太警备队等部进至五原周围，反攻五原。傅作义为避免与敌决战，令部队撤至五原西北和西南地区，占领有利地形，待机歼敌。26日，日军进入五原。27日，傅作义部扒开五加河（乌加河）南堤，河水向五原附近泛滥。日军被困，恐遭围歼，急向包头撤退。傅部分路截击，再创日军，4月1日再克五原。此役，击毙日军绥西警备司令水川伊夫、五原特务机关长桑原荒一郎等指挥官，共歼灭日伪军3000余人，时称五原大捷。绥西作战，中国军队利用天时地利，战术灵活机动，始终保持主动，将日军驻蒙军牵制在预定地区，在1939年冬季攻势中发挥了对主攻战区的积极配合作用。