十月十一日，兵團在豐鎮附近召開入綏以來的第一次前委擴大會議，總結了部隊進入綏遠後的情況，根據毛主席“一年以內經營好全綏遠”的戰略方針，研究確定了下一階段的行動部署，決定留一部於集寧、興和地區掩護開闢地方工作，鞏固綏東已解放的廣大地區外，集中第一、二、六縱隊和第八縱隊一部深入綏遠腹地，向綏西、綏北進軍，首先攻占陶林、武川、烏蘭花、畢克齊、察素齊、磴口等城鎮及周圍廣大地區，繼而乘勝奪取包頭，拔除綏西敵軍的重要據點。
十月十四日，我二縱奉命由官村地區向綏西進發。進軍十分艱苦，那時，江南還是秋高氣爽的季節，而綏遠已進入了冬季，早晚與中午氣溫相差二三十度。正如民謠中唱的“早穿皮襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜”。草原上朔風呼號，凌厲刺骨，萬木凋零，到處一派寒冬景象；有時夜間溫度驟降到零下一二十度，戰士們剛剛穿上棉衣，棉鞋、棉襪還未運到，大家赤腳穿著單鞋，行進在塞外草原上。正如唐代詩人岑參描繪的塞外行軍的詩句那樣，“風頭如刀面如割，馬毛帶雪汗氣蒸。”凜冽的寒風，透過棉衣象刀子一樣割人。行軍中，戰士們不但要忍受寒冷的侵襲，還要經受飢餓的考驗。部隊雖帶有銀元、布匹，但當地群眾糧食匱缺，雖有錢物，亦無糧可買。我軍在長途行軍中消耗的糧食不能及時得到補充，遇到缺糧區只好受餓。行軍途中喝水也是個大問題。綏遠有些地區多苦水，乍看起來河水、湖水碧綠晶瑩，清澈誘人；可是，用手捧點水一喝，又苦又澀，所以，有的地方群眾飲用水都靠挖地窯把夏秋兩季的雨水和冬季的雪儲存起來，以供全年飲用，真是“滴水貴如袖”。
為了保護群眾利益，縱隊指示各部隊要盡量少用群眾儲水，在缺水嚴重的地區，部隊不得不飲用又鹹又澀的苦水，有的同志喝多了，便引起肚痛腹瀉；有的同志用以洗手、洗臉、洗腳，寒風吹過，皮膚紅腫龜裂，一道道血口子滲出了血水，痛癢難忍。在十分艱苦的環境中，廣大指戰員始終不忘我軍宗旨，把人民群眾的利益放在第一位。綏西進軍中，我們看到當地群眾生活十分貧困，糠菜半年糧的狀況相當普遍，有的一家老小只能裹著破被偎在炕上過冬，在飢寒交迫中掙扎著。指戰員們儘管自己忍飢挨餓，但是仍然節衣縮食，抽出大量的衣服、鞋襪和米麵支援掙扎在死亡線上的綏遠群眾。由於國民黨的欺騙宣傳，進軍初，群眾對我軍存有疑慮和恐懼心理，為了以實際行動打破國民黨反動派的謠言，擴大我軍影響，西進中，許多部隊堅持夜間宿營在群眾的牛棚裡、屋簷下、門洞裡、草堆邊，度過了一個個滴水成冰的寒夜，天亮後還要幫助群眾打水掃地，做群眾工作。
我軍的行動贏得了廣大群眾的信任和擁護，使他們認清了我軍的本質。飽嚐國民黨反動軍隊敲詐勒索、欺壓盤剝之苦的貧苦農牧民激動地拉著我軍戰士的手讚譽我軍是“共產黨、毛主席派來救苦救難的菩薩軍”。他們不怕敵軍的威脅恐嚇，紛紛組織起來，主動為我軍帶路，組織擔架，偵察敵情，籌集糧款，支援我軍作戰，人民群眾的信任和支持，成了鼓舞我軍勝利進軍的巨大動力。廣大指戰員以堅強的意志忍受著寒冷、飢餓和風沙等難以想像的困難，百折不撓，英勇進軍，士氣始終非常高昂。
十月二十二日，我縱隊前進到包頭以東之瞪口、沙爾沁一線，並迅速攻占該地，旋即揮軍西向，直逼包頭。我軍的神速進展，大出敵軍意料，包頭守敵鄧寶珊部恐遭圍殲，當我軍剛接近包頭外圍時，便於二十三日夜間倉惶棄城西逃，五旅乘勢進抵市區，解放了包頭市。這時，綏西陶林，武川，烏蘭花，托克托，和林，薩拉齊，察素齊等城鎮也已為友鄰縱隊攻占，歸綏到包頭間的大片土地均為我軍解放。
包頭，是綏西重鎮，位於黃河河套北岸、平綏路西段終點。公路可西通寧夏、新疆，南達陝西榆林，全市七萬餘人口，工商業發達，為綏寧第一商業都會。包頭的解放，使歸綏守敵失去了綏西的重要支撐點，對綏遠敵軍震動很大。為了對付敵人對包頭的反撲和竄擾，迅速建立民主秩序，軍委決定對包頭實行軍事管制，電令我擔任軍管會主任。同時，兵團與晉綏軍區首長委任趙冠英為包頭衛戍司令，楊植霖為政治委員，高克林為副政治委員，沈圖為軍管會秘書長。楊司令員特別強調，包頭是綏西重鎮，在軍事上有舉足輕重的地位，政治上也有重要影響，我們不僅要在軍事上解放包頭，還必須從政治上佔領包頭，肅清國民黨長期反動統治的影響。
二十四日，由縱隊暨第六旅機關大部人員和綏蒙地方乾部組成的包頭軍事管制委員會成立，併入城辦公。我們剛一進城，包頭廣播電台就播出了“解放軍是人民的軍隊，我們歡迎解放軍進城，大家不要驚慌！”的宣傳口號，我們大為驚奇，經過了解，原來是一個經常偷偷聽我新華社廣播的十六、七歲的播音員，在敵人倉惶逃跑之際，保護了電台，把它完整地交給了軍管會。沈圖同志當即代表軍管會表揚了他的革命之舉，並委任其負責電台工作，小青年感動得熱淚盈眶。第二天，部隊特地舉行了一次威武雄壯的入城式，由擔任警備任務的六旅十六團全副武裝浩浩蕩蕩開進市內，在市區主要大街繞行一周。當時，我軍部隊兵員充足，軍械精良，基本上是蔣介石送來的美械裝備，入城式達到了向敵人顯示軍力的目的，也起到了穩定人心的作用。包頭解放的第二天，住在包頭的蒙古工達爾吉康布（即康王），在病中派中校參謀關瑞廣（系康王的內弟），帶著起義書到衛戍司令部，宣布起義，並渡過黃河到其部隊駐地達拉特旗，傳達康王“不與解放軍作戰，保持中立，暗中配合”的命令。軍管會對康王這種明智的態度表示歡迎，隨即把部隊進城時收繳康王府的武器彈藥退還給他們。趙冠英、盛治華、沈圖、李炎等領導同志多次登府看望康王。縱隊派衛生部長張祿增同志為康王治病。當時，康王和家屬以及其他官員都表示萬分感激。我軍是首次解放包頭，人民群眾對我軍還缺乏了解，加上敵軍的反動宣傳，許多群眾對我軍尚有疑慮，不敢與我接近。我和韓偉、趙冠英、劉國樑等同志進入市區時，街上冷落蕭條，沿街店鋪都關著門；敵軍塗寫的反動標語橫六豎八，塗污了街牆；街壘路障東倒西歪，堵塞了交通；敵軍撤退時遺棄的一些糧食、物資隨地堆放；車站上，倉庫裡，沒有來得及運走的毛皮及毛皮製品四處拋散。
為了盡快地恢復市區秩序，軍管會入城後，首先佈告安民，闡明我進軍綏遠的宗旨及對各民族、各階層人士的政策，宣布管制紀律；為防止敵特破壞，軍管會迅速接管了電台、車站、水電等要害部門及重要工礦企業；縱隊文工團和各旅宣傳隊上街宣傳，演出活報劇，張貼標語，散發傳單，召開小型集會，宣傳我黨、我軍政策和全國解放戰爭的形勢。晉綏軍區的山西梆子劇團也趕到包頭參加宣傳演出，很受群眾歡迎。衛成部隊配合上街維持秩序，宣傳群眾。軍管會召開了由包頭各民族各界上層人士參加的座談會，我代表軍管會和駐包頭部隊在熱烈掌聲中首先講話，著重講了黨的民族政策，宗教政策和工商業政策，要求他們與我軍攜手合作，共同管好包頭。出席座談會的上層人士也紛紛發言，表示擁護共產黨的政策，願意為管理好包頭出力。參加執行軍管和衛戍任務的全體指戰員，嚴格遵守我軍的三大紀律、八項注意及兵團政治部頒布的《尊重蒙、回同胞風俗習慣十二條守則》，嚴禁部隊指戰員進人情真寺，真正做到秋毫無犯。在緊張的衛戍任務之餘，指戰員們積極幫助群眾治病幹活，無微不至地關懷廣大人民群眾。
入城第二天，兩架敵機飛臨市區上空盤旋偵察，在市民中引起恐慌。指戰員們不顧自己的安危，立即組織指揮群眾疏散、隱蔽。對國民黨反動軍隊欺壓人民的殘暴行徑記憶猶新的包頭廣大人民群眾和各界人士，對我軍關心人民、熱愛人民的行為和嚴明的紀律倍加讚揚，他們真正地體會到，只有共產黨、解放軍才是包頭人民的大救星。群眾迅速消除了國民黨反動派欺騙宣傳造成的對我軍的恐懼心理，轉變了對我軍的態度，許多進步的教師、學生、市民和上層人士積極參加了我軍的宣傳隊伍，協助我軍維持秩序，調查敵軍遺留的武器、電台和其它物資，規勸隱匿的小股匪夥和散兵游勇向我繳械投誠。在人民群眾的大力支持下，軍管會入城後短短的兩三天時間，包頭的情勢就有了明顯的好轉，社會秩序迅速安定，市區生活很快轉入正常，商店、醫院、戲院等迅速恢復了營業，工廠陸續開工，全市三十多所中小學校全部復課，水電供應始終沒有中斷，廣播電台成了人民的宣傳工具，包頭市上空第一次響起了黨中央、毛主席的正義聲音。在此期間，賀龍和場成武、李井泉等領導同志先後親臨包頭視察，看到了全市一片和平安定的景象，十分讚賞，熱情地表揚了我軍管會的工作成果。李井泉政委說：“你們的部隊紀律嚴明，切實做到了秋毫無犯。”
十月三十日下午，包頭市各界群眾為慶祝我軍解放包頭，在市內舉行了盛況空前的祝捷大會。當我衛戍部隊數千人荷槍扛炮、步伐整齊、威武雄壯、歌聲嘹亮地到達會場時，會場上男女老少約一兩萬人揮動著五彩繽紛的旗幟和彩花，向我軍指戰員表示歡迎和慰問之意，眾多的群眾還絡繹不絕興奮地尾隨來到會場，歡迎解放軍進城和祝賀包頭的解放。大會由李炎具體組織、指揮。大會開始，嗚放禮炮（以炸藥包代替）以壯聲勢。接著，衛戍區司令趙冠英、軍管會秘書長沈圖講話，此時會場情緒激昂。 “打倒蔣介石，解放全中國”，“支援解放軍，建設新包頭”的口號聲響徹雲霄。包頭市各界代表也先後在會上發表了熱情洋溢的講話。他們在講話中盛讚我黨的英明政策和人民解放軍的嚴明紀律，熱烈歡迎我軍進駐包頭。有的說：解放軍解放包頭以後，一個人也沒有捕殺，一件搶案也沒有發生，真可謂“夜不閉戶，道不拾遺，人民安居樂業。共產黨得民心，一定會成功；國民黨失民心，一定要垮台。”晚間，包頭市上空升起了照明火球，全市燈火通明，如同白晝。狂歡的市民以毛主席的畫像為前導，舉行了全市大遊行，慶祝包頭人民擺脫國民黨的反動統治，從此獲得新生，表達了群眾翻身解放的喜悅和歡欣。
在軍管包頭的同時，為肅清包頭周圍的殘敵，縱隊主力在韓偉副司令員指揮下，以秋風掃落葉之勢，進軍包西、包北，追殲殘敵。包西、包北之敵經我數次打擊，已成驚弓之鳥，又多系騎兵，行動迅速，戰機稍縱即逝。部隊為抓住敵人，冒著嚴寒風沙，不顧飢餓勞累，以每小時十幾里的速度。徒步與敵軍騎兵竟走，終於在包頭以西約一百餘里的哈業胡同將敵包圍，激戰一晝夜，全殲鄧寶珊部一個團，相繼解放了固陽、安北、公廟鎮、長樂店等地。此時，綏遠全境已大部解放，歸綏成了塞外草原上的一座孤城。
據此，兵團和晉綏軍區首長決心，令綏西我軍回師東進，準備再度圍攻歸綏。我二縱分別於十一月二、三日從包頭乘火車或步行東返，進到歸綏南之小大黑河，賈家營子，昭君墓一線，迅即以勇猛動作掃清了外圍，直逼城垣，與兄弟縱隊一起將歸綏守敵八千餘人團團包圍起來。戰士們在敵軍炮火和空襲的威脅下，冒著嚴寒，日夜構築工事，作攻城準備。前委決定，我圍城大軍十一日向城關推進，十六日晚發起總攻。面臨滅頂之災的城內敵軍惶惶不可終日，猶如甕中之鱉失去了守城的信心。
就在這時，我東北野戰軍勝利地結束了遼沈戰役，開始向關內推進。東北大軍的入關使華北解放戰爭的形勢發生了新的重大變化，解放全華北的日子已指日可待。但是，為了戰略上分割敵軍，不過早地驚動敵人，以便把華北敵軍留在平、津、張地區，不使傅作義決策南逃，中央軍委命令我三兵團停止攻城，再次撤圍歸綏，開向綏東之卓資山、集寧、隆盛莊、豐鎮一線形成戰局有利態勢，隨機殲敵，就地休整待命。至此，進軍綏遠任務勝利結束。
這一戰役，從九月五日開始，至十一月十四日結束，歷時兩個多月。進軍綏遠的部隊，遵照毛主席和中央的戰略部署，長驅三千里，橫掃綏遠全境，和兄弟部隊一道，解放了包頭、集寧、豐鎮等重要城鎮十餘座，殲敵萬餘人，兩度威逼綏遠首府歸綏城，給華北敵軍以極大震懾，與我軍華北第二兵團遙相呼應，調動敵軍步騎十個整師於平綏熱察一線往返象奔，疲於應付，陷傅作義部隊於腹背受敵、顧此失彼、一籌莫展的困境，勝利地實現了黨中央、毛主席賦予華北我軍“將傅作義部隊滯留關內”的戰略意圖。保證了遼沈戰役的順利進行，為爾後平津戰役的勝利和一九四九年三月最後和平解放綏遠創造了十分有利的條件，在綏遠解放戰爭史上寫下了光輝的一頁。