虽然驻守百灵庙的日本特务机关长拿着战刀督促伪蒙军和部分日军拼死抵抗，但兵贵神速，傅作义指挥得当，将士拼命。11月24日，仅仅一天时间，中国军队就拿下了百灵庙这一绥远重镇。
拿下百灵庙、粉碎日本人建立“大元国”傀儡政权之前，陈诚已赴宁夏定远营赢得了达王(阿拉善旗第九代十任札萨克和硕亲王)的支持，赶走了日本在定远营的势力，挫败了日军企图在宁夏扶植“大夏国”的企图。一时，国民党政府在外交方面表现得空前强硬。当时，中国和日本正在进行恢复国交谈判。谈判过程中，国民党外交部长张群直接指出：日本对华北的真实意图是造成独立、半独立的政权，进而破坏中国领土与主权的完整。对此，中国政府方面绝无讨论之余地。
我军部队奔赴战场
张群针锋相对地跟日本人提出五项条件。第一，废止上海、塘沽的停战协议；第二，日本停止扶植华北伪政权；第三，日本必须停止在华北的鸦片走私，且不能干涉中国方面打击鸦片走私；第四，日军飞机不能在中国领空任意行动、任意飞行；
第五，日军要解散察哈尔和绥远北部的伪军。冯玉祥将军高度评价此五项条件，他说：一向是日本人向我们提条件，今天反过来，我们给他们提了五条。这五条光明正大、义正言辞。
抗日战场拆毁日军碉堡
除此以外，国民政府还做好了与日本大战的二点准备。第一，政治上准备迁都。财政部长孔祥熙得到通知，要把上海的钞票转移到江西南昌。南京国民政府中央各部做好随时搬迁的准备；第二，国民政府军政部长何应钦得到指令，责令南京、上海、汉口等地的中国军队做好抗击日军侵略的准备。
冯玉祥将军则受命准备作战计划。国民政府另派出张自忠将军、黄绍竑将军，率领4万中国军队左右夹攻，消灭当时盘踞在上海的六七千日军，然后派大军前往华北抗日。百灵庙大捷是中国军队在1933年长城抗战以来取得的最大的军事胜利，傅作义将军采用奇袭战术迅速解决了敌军。中共中央给百灵庙祝捷大会送来了“为国御侮”的锦旗。
