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八月一日下午开始，日军部队逐渐展开了行动，绥察区域的骑兵集团和26师团接连对教导旅主力进行牵制攻击，伪蒙军部队也展开了行动，华北方面军直属的27师团和110师团分别抽调了一个步兵联队驰援过来。
另外在晋省驻守的第一军，也迅速抽调了部队，对晋北作战进行支援。
120师和军区部队迅速调动起来，他们在外围进行作战，策应教导旅作战。
小鬼子主力还没有赶来，小规模战斗不断打响。
孙卫华听取各部汇报，知道这次作战取得歼灭日军超过一千人的兵力，并且缴获大量物资装备后，他自然不会留守大同城，这样的话部队就会被彻底分散，所以在下午三点钟，孙卫华主动放弃了大同城。
当驻蒙军主力在绥察区域展开行动后，孙卫华命令各部分散，离开晋省北部区域，返回驻地以应对日军攻击。
天色渐渐变得漆黑下来，晚上十点钟，前往晋北区域的各部陆续回到了绥察区域。
在回来的路上，这些部队明显发现了，绥察区域许多道路，已经被彻底破坏了，这给部队行进带来很大困扰，尤其是战车营，许多道路无法通过，让他们走了不少冤枉路，燃油消耗更是很大。
教导旅部队再次回到了绥察区域，晋北北部作战，算是教导旅给谢尔盖一个交代了。
华北方面军因此彻底调动起来，他们加强了教导旅附近守备力量，确保大同城这样的战斗不会再次出现。
不过教导旅回到了绥察区域后，双方还是会有小规模战斗展开，彼此都有不同程度伤亡。
大同城作战很快就被报道出来，当报纸上出现教导旅一个营追击日军两个大队，一个炮兵队的战斗后，引起很大的轰动，小鬼子们颜面无存，中方却是一片喜悦。
恼怒秀成怒的杉山元直接撤掉了独立步兵第一大队，独立步兵第二大队的少佐大队长职务，
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