这样，使锡拉木楞庙之敌不能单独反攻百灵庙，而又迫使该敌离开，晋绥军则相机占领之。
自12月3日起，伪军向百灵庙反攻。
守卫百灵庙的晋绥军1个团奋起反攻，杀伤伪军一部后，有计划地后退，诱敌深入。
数小时后，庙外晋绥军发起反击，深入之敌大败而去。
至4日9时，彻底粉碎了伪军的反攻，毙“大汉义军”副司令雷中田及日、伪军500余人，俘200余人，并将王英伪军主力牵制于乌兰花一带，锡拉木楞庙敌守备力量大为减弱。
伪蒙军反攻百灵庙失败后，残部退到锡拉木楞庙和布拉图庙。伪军内部、伪军和日本顾问之间产生了矛盾，关系恶化。
战败的伪军旅长金宪章、石玉山感到叛国附敌毫无出路，遂派人与傅宜生接洽反正事宜。
当百灵庙守军与敌反攻部队激战时，骑兵第2师在乌兰花东北15公里处的南厢村、红房子与王英部激战，将其包围于乌兰花西北七八十里处的黄陶瓦。
12月8日，石玉山部1个旅在阵地反正。
9日凌晨，金宪章也率部反正，将日本顾问小滨大佐以下日本军官27名悉数杀死，同时向伪蒙军第7师穆克登宝突袭，将其大部歼灭