1046年9月4日，晋察冀和晋绥两个军区5个旅的部队完成了扫清了大同外围国民党军的任务，准备向盘踞在大同城的国民党军做最后一击。
以连胜之师对屡败之军，攻破大同城指日可待。
在红军时期，共产党军队就形成了一套适合自身特色的攻城战术，通过土工作业挖坑道埋炸药，在城墙被炸开后攻城部队一拥而入，此时八路军的装备比红军时期有了很大的改善，因为拥有了火炮，因此攻打大同的八路军拟采用坑道作业和火炮双管齐下的方式，一部分部队在火炮支援下直接攻城，另一部分部队则利用坑道炸开城墙后攻城。
可是，就在八路军的攻城部队火炮齐射，坑道作业加紧进行时，第十二战区司令长官傅作义麾下主力35军的3个师，暂编第3军的2个师以及4个骑兵师共3万人马于9月3日从归绥（今呼和浩特）出发，在南北三个方向上分三路向大同急进，北路攻集宁，中路攻卓资山，南路攻凉城，三路大军朝着大同汹汹而来。
大同并不属于傅作义的第十二战区管辖，而是属于阎锡山的第二战区，突然出现的傅作义大军，尤其是王牌35军的出现，让八路军大同前线指挥部猝不及防，更让他们想不到的是，原以为守卫卓资山的八路军独1旅可以守3天，却在8个小时内失守。本来形势一片大好的大同包围战，此时的形势突然急转直下。
这日是9月5日。
卓资山的失守，让八路军大同前线指挥部见识了傅作义军强大的战斗力。
在傅作义军队凶猛的进攻面前，大同前线指挥部调整了方案，他们决定暂停对大同城的进攻，转而先消灭傅作义的增援部队，打算消灭了傅作义军之后再回头攻打大同。
此时，对确定了先打傅作义军大方向的大同前线指挥部来说，对三路而来的傅作义军，该如何打？
八路军的作战原则向来是集中优势兵力歼敌，而要集中优势兵力歼灭傅作义军，就必须准确判断三路傅作义军中哪一路是主力，哪一路是偏师，俗话说打蛇打七寸，集中优势兵力打其主力才能达到消灭傅作义军的目的。
大同前线的八路军指挥部分析，傅作义军解大同之围最短且最快的途径，是经凉城到丰镇的公路对大同进行增援，因此判断南路敌军是主力。大同前线指挥部决定将八路军主力隐蔽在距离凉城不远的岱海滩附近，待南路傅作义军一出凉城就以优势兵力围而歼之，之后再对付另外两路。
可是，当八路军主力在岱海滩附近隐蔽就绪后，却在9月8日晚上得到消息，集宁城下发现敌军主力，这让大同前线指挥部大吃一惊。
集宁是平绥铁路线上的战略要地，占领集宁后，傅作义军不仅可以很快抵达丰镇和大同，而且还可以直取晋察冀的首府张家口。而此时集宁方面的国共两军力量相当悬殊，守卫集宁城的八路军是刚由地方游击队升级来的小编制团，而抵达集宁城下的国民党军，是暂编第3军军长董其武率领的3个师。
在南路设伏的八路军各主力急速向集宁开进，9月11日先后抵达集宁城下，不顾长途急行军的疲劳，各军立刻向包围集宁城的国民党军发起进攻。
集宁城下顿时枪炮声隆隆，杀声震天，里外形成了三层，内层是集宁城内的八路军守军，第二层是攻打集宁城的国民党军，第三层是向国民党军进攻的外围八路军。
集宁城内的八路军部队抵抗猛烈，外围的八路军部队进攻同样猛烈。到12日凌晨，歼灭了5千余国民党军后，外围八路军将国民党军压缩到集宁城西南面的狭小范围。国民党军3个师的建制已经被打乱，军部和军部直接控制的暂编17师师部遭到八路军炮火攻击，电台被毁，军长董其武和十二战区司令官傅作义之间的联系被切断。
此时的董其武军已经成了孤立之敌，覆灭只是时间问题。
就在董其武本人都认为大势已去，不得不做最后的打算时，令他不解的事情发生了，八路军居然停止了进攻。董其武也是久经战阵的名将，对战机的把握十分准确，他急忙利用这个间隙重新整顿军队，恢复了和傅作义的联络，并组织军队再次向集宁城发起猛攻，一举占领了集宁城的西南角。
董其武军的振奋对八路军则意味着不利，为了保证集宁城不被攻破，围攻董其武的外围八路军紧急抽调1个团冲进城内，加强城内八路军的守城力量，同时于12日下午再次向董其武部发起猛攻。
就在八路军部队向董其武部重新发起进攻的同时，傅作义的主力101师和新编第32师不顾一切地向前推进，占领了距离集宁不远的西南方向的大脑包山。
八路军主力都在围攻董其武部，面对傅作义援军形成的两面夹击之势，到底是继续进攻董其武部，还是回头打大脑包山之敌？
大同前线指挥部发出命令，暂停对集宁城的攻击，主力转向大脑包山歼灭第101师。
这个命令决定了这场战役的最终走向。
八路军主力一撤，董其武乘机恢复了阵地，并果断放弃对集宁城的围攻，转而向与大脑包山相对的小脑包山发起进攻，在战术上策应大脑包山的101师，形成对八路军主力的两面夹击之势。而在大脑包山的101师之后，还有敌暂编32师，新编骑兵第4师，如此一来，在集宁方向的国民党军就有了6个师之多。
八路军已经是久战的疲惫之师，面临如此众多国民党军两面夹击的态势，局势非常危急，为保存实力，八路军前线指挥部不得不命令全军撤出战斗，激战多日的集宁城最终落入敌手。
集宁城的丢失，也使打了近1个月的大同围攻战前功尽弃，攻城部队不得不于9月16日撤出战斗。
这就是晋察冀和晋绥两个军区抗战后的第一次大战役，即大同集宁战役。
一、中央军委和晋察冀军区产生了什么样的战略和战役分歧？
1946年6月，随着30万国民党军向中原解放区李先念部发动大规模进攻，国共和谈正式破裂，两党在全国各地全面开打。于是，解放区各大根据地都明确了自己的行动方向，晋冀鲁豫野战军在刘邓率领下向陇海和定陶出击，山东野战军在陈毅率领下向两淮出击，华中野战军在粟裕率领下在苏中作战，东北民主联军则在林彪率领下刚结束了第一次四平保卫战，转入土改和军队整编的工作。
处于华北重地的晋察冀军区将如何行动呢？
中央军委给晋察冀军区部队的作战任务是：
保卫地方和夺取三路（平汉、正太、同蒲），四城（保定、石家庄、太原、大同），使晋绥、晋察冀和晋冀鲁豫三个解放区连成一片。
为达成上述目的，要求晋察冀军区部队先进行平汉战役，占领平汉路沿线的保定和石家庄，之后，再夺取正太路和同蒲路两线的各个据点，最后夺取山西的两大城市——太原和大同。
中央军委向晋察冀军区领导人聂荣臻、肖克、刘澜涛和罗瑞卿下达的命令，有一个说明：
刘、邓另有任务，不能以主力配合你们打石门（石家庄）。
此处的“刘、邓”是指刘伯承和邓小平率领的晋冀鲁豫野战军，此时这个野战军正往东出击淮海。
刘邓的晋冀鲁豫野战军和聂荣臻的晋察冀野战军，分别分布于正太路的南北，在抗日战争中双方常常配合作战，互为犄角。最著名的就是那场赫赫有名的百团大战，晋冀鲁豫八路军和聂荣臻的晋察冀八路军在大战中相互配合，相得益彰，此时中央军委要晋察冀军区单独发起正太路战役，夺取大城市保定和石家庄，让聂荣臻感到为难。
聂荣臻的为难并非没有道理，因为此时晋察冀附近的国民党军兵力分布态势并不利于他打正太路：
从北平到石家庄的各个城市和正太铁路沿线，分布着第十一战区司令长官孙连麾下8个军共21个师，还有相当于旅的5个总队；在归绥和包头地区，分布着第十二战区司令长官傅作义麾下3个军共10个师；在同蒲路北及太原和大同等城市，分布着第二战区司令长官阎锡山麾下2个军共7个师另2个总队。
在正太路附近的是国民党中央军孙连仲部（孙连仲虽然出身西北军，但他的嫡系部队在红军时期就几乎被打光了，此时他麾下的军队都已经中央化）的21个师另5个旅，力量非常强大，在同蒲路以北则只有杂牌阎锡山部的7个师，因此，以晋察冀军区的力量，打大同方面的阎锡山军，要比打正太路的孙连仲军把握大得多。
聂荣臻向中央军委请求先打大同，再打平汉路。
中央军委站在全国战局的战略角度，要求晋察冀军区先打平汉路，而聂荣臻的晋察冀军区则是从局部战役角度，要求打大同。
战略和战役的分歧，如何解决？
二、如何解决中央军委和晋察冀军区存在的战略和战役分歧？
就在聂荣臻向中央军委陈述自己的不同意见时，形势的变化加重了聂荣臻的分量。
7月4日，为了支援刘邓麾下陈赓的4纵在晋南方面对胡宗南和阎锡山部的作战，晋绥军区贺龙发起了晋北战役，结果是贺龙部控制了同蒲路北400里的区域，截断了大同和太原之间的联系，从而使大同成为一座孤城。
大同的孤立，让聂荣臻和贺龙不约而同地想到了一起：晋察冀和晋绥两军可以配合作战，在10-20天内拿下大同，从而将晋察冀和晋绥两个解放区连成一片，然后两军区再集中主力打平汉路。
对聂荣臻部来说，有一万条打大同的理由，却没有一条打平汉路的理由，除了大同敌军弱小外，打大同他还可以得到贺龙部的配合，而打平汉路却得不到刘邓部的配合。
本着将在外君命有所不受的原则，中央军委同意聂荣臻的意见，先打大同，再打平汉路，最后打正太路，但是，作为全国战略的一盘棋，中央军委的战略重点还是平汉路，要求晋察冀军区在8月份拿下大同。中央军委担心如果拖到9月份，形势很可能发生突变而引发不利。
有了中央军委的认可，聂荣臻和贺龙开始部署攻打大同的方案，他们成立了由晋察冀和晋绥军区合成的大同前线指挥部，指挥部以晋绥军区副司令员张宗逊为司令员，晋察冀军区副政委罗瑞卿为政委，晋察冀军区第3纵队司令员杨成武为副司令员。
大同是晋北大城，位于平绥线和同蒲线的连接点，城垣坚固，地势险要，城的东北方和西北方是高山峻岭，像椅子的靠背，城东有条河流，城南地势平坦开阔，在高高的城墙护卫下，利于防守而不利进攻。
以大同为中心，国民党守军建成了大同周围各县为卫星城的防御体系，城防司令为第八集团军副总司令兼暂编第38师师长楚溪春，全部守军约1.9万人，其中阎锡山部暂编第38师的师部及第1团，保安教导总队，坦克队驻扎在大同城内，保安第2团驻西关及车站，东北军马占山麾下第5，6骑兵师驻北关及车站，第2团驻口泉，第3团驻怀仁。
据司令员张宗逊回忆，大同前线指挥部认为大同是孤城，而且守军建制不统一，战斗力不强，预计20天可以拿下大同。
特别值得一提的是，张宗逊提到他担心傅作义部会从归绥（今呼和浩特）出兵东援，结果他的担心被与会者否定，与会者都认为大同不属于傅作义的战区，因此即便傅作义出援，兵力也不会大，而且只要八路军迅速拿下大同，傅作义就不敢来。
为此，大同前线指挥部确定了“围城阻援”的部署，以5个旅围攻大同，4个旅阻击傅作义可能的增援，对傅作义军是“阻”，而不是“打”。
7月31日起，大同地区枪炮声大作，喊杀声四起，八路军5个旅向大同外围的国民党军发起大规模进攻，从东北和西南两个方向扫除大同外围的卫星城。
战役发起后，大同外围的国民党军阵地不断被八路军攻破，到8月5日，国民党军被歼灭人数达2千多。但是八路军没有能够完成歼灭外围守军的有生力量，使得国民党军大部退到了大同城郊和城内。
考虑到敌军收缩，大同城防坚固，前线指挥部命令战斗了5天的八路军进入休整，10天后的8月14日，休整后的八路军向大同城守军展开最后的攻势。
八路军气势如虹，再次进攻了20天后，在大同城的东南西北方向都有重大突破，其中，城北方向的八路军占领了北关火车站和面粉厂，将国民党军的外围据点全部肃清；城南方向的八路军扫清了南关的外围据点；城西方向则攻克了西关车站；城东占领了东关。
此时，大同城在城郊四个方向上的国民党军据点全部被扫除，只剩下大同城内依据城墙负隅顽抗的敌军。
正当八路军要对大同城守军发出最后一击时，傅作义军出动了，当傅作义的三路大军向大同开来后，就发生了前面所述的集宁之战，结果造成大同前线八路军的全面失利。
大同集宁战役的失利，给晋察冀根据地带来了恶劣的后果，不久以后，首府张家口陷落。
三、事件的完全评价
晋察冀军区和晋绥军区发动的大同集宁战役，本是为了将晋察冀和晋绥两区连成一片而主动发起的攻打大同战役，结果不仅没有拿下大同，反而丢失了平绥线上战略要地集宁，更大的恶果是将战斗力强悍的傅作义军引进了晋察冀，随后不到1个月，傅作义10万军就占领了晋察冀首府张家口。
大同集宁战役的失利，主要在大同前线指挥部犯的多次错误。
1、首先是对傅作义的判断错误
大同前线指挥部认为大同属于阎锡山的第二战区，考虑到国民党军宗派主义严重，因此认为阎锡山是孤立之敌，却没有想到利益高于宗派，为让傅作义救大同，蒋介石不惜得罪阎锡山，将晋北和察哈尔划入傅作义管辖的第十二战区。
照理，大同周围的八路军实力强大，如果傅作义对自己的能力没有相当的自信，会将蒋介石这一着当场要自己去火中取栗，是断不敢接受这个任务的，但是傅作义却求之不得，不仅愉快接受任务，而且很快就进入状态，他施展缓兵之计，一面和八路军进行和平解决的谈判，一方面暗度陈仓，待八路军攻打大同的最后阶段突然出兵。
对阎锡山来说，对傅作义的出兵虽心有不甘，也只能默认接受。
弱小的红军和八路军之所以能屡打胜仗，就是有不打无把握之战的原则。这是晋察冀军区对国民党军抗战后的第一次大战，对国民党军并不熟悉，而在7月下旬，晋察冀军区以3个旅及地方部队共10个团的优势兵力，攻打大同外围的应县时就打成了久攻不下，这个状况让中央军委警惕，专门致电询问“应县久攻不下，你们对攻大同把握如何？”
这一问其实隐含着连小小的应县都打不下，晋察冀军区又如何能拿下大同？但是晋察冀军区还是认为可以拿下大同，这就显示出晋察冀军区缺乏粟裕，林彪，刘伯承这样的将才。
2、对傅作义军来援方向判断的失误
来援和阻援是一对矛盾，最终结果才能说明谁棋高一着。
大同前线指挥部判断，来援的傅作义军为救大同，一定会走最短路径，因此将主力集中在远离集宁的凉城附近，但是傅作义却反其道而行之，命暂编第3军军长董其武率领暂编第11师，暂编第17师和新编第31师三个师秘密抵达集宁，待八路军主力再闻讯赶往集宁后，不仅浪费了时间，反而还使自己疲于奔命，而董其武军却成了以逸待劳。
3、对是否继续打围集宁之敌还是打来援之敌的战术失误
董其武军虽然占了先手，但是八路军在兵力上占有优势，有张宗逊和罗瑞卿亲自率领的黄新亭第358旅，陈正湘率领的4纵，杨得志的1纵，还有从卓资山赶来的独立1旅等共计25个团，在兵力上对董其武军形成三比一的优势，在战术上又和集宁城内的守军对董其武军形成内外夹击，加之八路军作战英勇，因此董其武军力战不支。
9月12日，董其武军处于最危急的关头，被压缩到集宁西南的狭小地界，兵力无法展开，火力薄弱，由于电台打坏而失去了和傅作义的联系，此时只要八路军努力发出最后一击，董其武军就将崩溃，可是八路军却放松了进攻，给了董其武暂时的喘息之机。
但是，虽然董其武军得到了片刻的喘息，他的覆灭只是时间问题，因为他此时的力量已经无法抵挡八路军的进攻。
这时，傅作义麾下王牌35军的101师前来增援，大同前线指挥部没有拿下唾手可得的董其武军，反而下令停止对董其武军的攻击，转过身来对付第101师。大同前线指挥部的这个命令让前线将士们都非常费解，从内心上讲，他们不愿意放弃即将被歼灭的董其武军，但是以军人的服从性，他们不得不调头对付第101师，在敌阵前调头和重新部署，需要全军相当大的一致性，但是此时的八路军刚刚从游击战转入运动战，各部并不熟悉，相互间协调并非一致，白白消耗了许多战力。
当八路军和第101师接触上时，才又发现后面跟着大批敌军，而且后面的董其武也跟着夹击而来，结果不但打不了援，连集宁也不得不放弃。
犹如下棋一样，大同前线指挥部总是比对手少看一步，最终不得不承认失利，其后果就是连首府张家口都不得不放弃。
此战虽然是傅作义赢得了胜利，但是他本人却认为赢得侥幸，他后来总结原因，认为影响此战结果的关键就在于八路军是继续打董其武部，还是掉头打101师，如果八路军继续进攻董其武部，结果就是八路军胜，而八路军却放弃董其武部转而打101师，结果当然就是傅作义胜了。