下午4时，赤峰城区仍然牢牢地控制在中国守军手中。
由于守军的顽强抵抗，日军只能调整进攻部署，迂回到头道街大和洋行，将房舍炸开冲入头道街。
此时孙殿英正在东门指挥战斗，见城区已破立即组织守军在头道街、三道街开展巷战，他登上东门城楼，发誓与赤峰共存亡。
然而此时所有人都知道赤峰已经完了，外面日军两个师团的主力已经将赤峰包围了大半，而从西北方向南下增援的日伪军也已经到达，所以县长孙廷弼出于保护城区居民的安危考虑，恳求孙殿英撤军，孙殿英洒泪率军向西屯突围，赤峰沦陷。
与此同时，第八师团在攻打凌源时，与第七师团混成第十四旅团的米山先遣队会合，一同发起进攻。
面对日军的进攻，东北军丁喜春、缪澄流、孙德荃等三个旅在此防守，但这些军官贪生怕死，没有抗日的决心，在日军进攻面前纷纷退却。
很快，凌源失守，全线动摇。
随后，平泉也被日军占领。日军南北三线一齐突破防线，攻入热河腹地。
值得一提的是，东北军主力虽然退走，日军却遭到义勇军各部的顽强抵抗，义勇军第三军团在凌源牛河梁与日军激战一夜，击毙日伪军百余名。