有大批的軍火和糧食，可供守城的部隊三年之用。日軍看到八路軍沒有多少部隊，更沒有用以攻城的大炮，根本沒有把八路軍當回事，以為完全可以踞城固守，單等國民黨軍隊來接收。
8月20日，在夜色掩蓋下的東山一片寧靜，沿城外的公路，八路軍10團和40團，悄然進入了進攻陣地，經過一夜潛伏，已經作好了進攻的準備。張家口仍在一片夜幕之中，天將破曉時，整個城市上空一片霧靄，到處灰濛濛的。
進攻的時刻到了，負責指揮這次行動的軍區參謀長易耀彩一聲令下，戰士們如同猛虎一般撲下山去。這是一次真正的奇襲。沒有炮擊，也沒有開槍。突擊隊一直衝到了城門口，守城的敵人才驚叫起來：“不好了，八路軍攻城了！”
“同志們，衝啊！”在震天動地的喊殺聲中，八路軍衝進城來。日軍的氣焰已不像過去那樣囂張，但仍不想放下武器，而是邊打邊退。
早上8點多鐘， 太陽昇起來的時候，10團的尖刀班已經衝進了日本駐張家口的領事館。只見桌子上還擺著熱氣騰騰的牛奶點心和日本米團。屋裡空無一人，檔案衣物丟了一地。
戰士們一看，氣不打一處來：“他媽的小鬼子，投降了還吃這麼好的東西，全是咱中國老百姓的血汗啊！”一個大個子戰士越想越氣，用刺刀一下子就把檯布挑到了地上，盤盤碗碗滾了一地。
當八路軍攻到火車站的時候，遭到了日軍的頑強抵抗。戰鬥一直打到9點多鐘，雙方僵持不下。這時張北狼窩溝方向傳來了一陣陣沉悶的炮聲……
“蘇聯老大哥開始進攻了，解放張家口，和蘇聯紅軍老大哥勝利會師！”戰士們高喊著口號，向敵人陣地衝了過去……
日軍軍心動搖了， 開始後撤。戰鬥打了一天一夜，到了8月22日早上，日軍獨混第2旅團已潰不成軍。這時旅團長接到了118師團長根本博中將的命令：
“命獨混第2旅團，向平津方向突圍，並在此地向國民黨軍隊投降。”
獨混第2旅團當夜突圍逃竄， 其軍中的親屬和大批日僑全都丟下不管了。大量的軍用物資也沒有來得及運走，全都落入了八路軍的手裡。
當天我軍北線部隊將指揮部轉到了張家口的銀行大樓。易參謀長便在這裡指揮接管了張家口。
到了中午的時候，報來了清點軍用物資的表格。在日軍的地下工事裡，發現了大量的彈藥，各種炮彈約8萬發，火炮20多門。
易參謀長高興得像小夥子一樣，就要跳了起來：“這一回可發了大財了，我們也可以有炮兵了，快，給郭天民司令員發報叫他也高興高興，再報告晉察冀聶司令員，請他向毛主席和朱總司令報告！”
8月的延安， 天氣酷熱難熬，可是窯洞裡卻格外清涼。毛澤東坐在土炕上，一邊吸著煙一邊看著解放張家口的戰報。
“我們得到了張家口，傅作義就坐不住了，他是一定要來奪的。”
“那是當然了！”朱德指了一下地圖說：“那是他的老窩，哪有不來的道理！”
毛澤東慢慢站了起來：“早來也好，晚來也好，反正這一仗是要打的，就看怎麼打了……”說完他看著地圖沉思起來……
葉劍英參謀長從門外走了進來：“主席、總司令，剛剛收到聶司令員的電報。”
“是個啥子事？”朱德問道。
“我軍在張家口一次繳獲敵人炮彈8萬發，火炮20多門。”
毛澤東一聽用力一拍手：“好，好，一下子搞到了這麼多，從來沒有過呀！解放了張家口是個好訊息，這個訊息更好呀！看來你不去爭，人家就不會給你送上門來的！”
朱德也很興奮：“真是沒有想到啊，剛剛搞起來延安炮校，又有了這麼多的炮彈，晉察冀的炮兵問題解決了。”
葉劍英參謀長說： “他們又打掃了戰場。派人蒐集到了2萬多發炮彈，火炮30多門，加到一起就是10萬發炮彈，52門火炮。”
毛澤東笑了：“這不是發了財了嘛！紅軍那時候兩三發炮彈就打一仗，這一回可派上大用場了！”他吸了一口煙，臉上的笑容就像凝固住了，久久沒有消逝。
“給榮臻同志回個電報，馬上組建炮兵團，越快越好，叫朱瑞帶炮校的人去張家口，給他們配備幹部。”
朱德又伸出了兩個手指：“我看可以一下子建兩個團，再搞點騾馬。”
“看來劉鄧那邊最困難了，送一些炮彈給劉鄧，兄弟們分了家也不能一點不管了！”毛澤東說著笑了