张家口城中守军的最高指挥官是十一兵团的司令官孙兰峰，但是十一兵团是一个空架子，其下的主要部队就只有一个一○五军，所以军事上的指挥实际上是由袁庆荣说了算。袁庆荣一见到傅作义的电令，没有任何迟疑就作出决定：立即突围。原因很简单，一○五军已经被困很久了，如果不突围，就只有被消灭。
这时，我包围张家口的三兵团部队仍然在按照中央军委对张家口“围而不打”的意图将张家口紧紧包围着。兵团领导在接受了中央军委就一纵一旅擅自调整阵地以至让三十五军得以向东溜掉的严厉批评之后，一方面向中央作了检讨，承担了责任，一方面对全部队进行了严格教育，要求全部队切实做好包围张家口敌人的各个环节，绝不能再出现任何差错。特别是要防止敌人可能的突围，如果敌人敢于突围，必须在短期内将突围的敌人彻底消灭。
为了防止敌人的突围，在张家口城外已形成了三道严密的包围圈：
第一道包围圈是三兵团的三个纵队，即一纵、二纵和六纵，全都摆在张家口城外的阵地上；第二道包围圈是北岳军区和内蒙古骑兵师的部队，摆在稍远一点的张北、康保和商都一线的重要据点上；第三道包围圈是原来也属于三兵团的晋绥八纵和晋绥军区的地方部队，摆在集宁、丰镇和卓资山一线的重要据点上。虽然我军对张家口的敌人已经有着明显的优势，但是毛泽东为了能对张家口的敌人完全有把握地加以全歼，又把才消灭了安春山一○四军的东野四纵调了过来。12月20日，东野四纵在司令员吴克华和政委莫文骅的率领下赶到了宣化，也参加到了三兵团的第一道包围序列之中，使包围张家口的力量大大增强。
作为包围张家口前线的最高指挥员，杨成武对敌人可能的最后挣扎作了仔细的分析，他断定当三十五军被歼后一○五军必然要拼死突围，而且很可能是从北边或西边这两个方向突围，因为这两个方向是逃往绥远的最佳道路，而此时只有绥远才是敌人唯一可以逃生的地区。根据这种判断，他把二纵放在了西边，六纵放在了西北边，一纵和东野四纵一部放在了东北边，东野四纵的主力则放在了南边，做好了对付敌人突围的各种准备。杨武成自己的指挥部则由原来的大洋河南岸的左卫向前推进，摆到了城西北的西太平山山上。在这里，可以清楚地看到张家口城区的动向，特别是穿城而过已经结了冰的大洋河和位于城北两山之间、城楼高耸的大境门。
说起来也真是天意安排似的，就在东野四纵进入阵地的第二天，即12月22日夜间，张家口城中的敌人开始试探性突围。袁庆荣命令他的二五九师向北边的大境门作试探性进攻，对围城的解放军作一番火力侦察，如果能打开一条出路，就把全部力量压上去。为了保密，袁庆荣没有将这一计划告诉除少数部下之外的任何人，连张家口的警备司令靳书科也不知道。袁庆荣对外人都说是一次对外围敌人的扫荡。
二五九师在试探性进攻中较为顺利，当天夜里就向前走了好几公里。12月23日清晨，孙兰峰和袁庆荣就决定带着一○五军全部向大境门方向突围。为了迷惑我军的注意力，同时又以两个骑兵旅向西突围。这两个骑兵旅在明白了袁庆荣是在牺牲他们以保全一○五军之后，就大骂袁庆荣不是玩意，再加之他们又受到我二纵的强大阻击，就全部退了回来，也拥入了出大境门向北走的大部队之中。加上保安团等其他地方部队，还有若干官员、商人也带着家属出逃，大境门外顿时变得人喊马叫，车流如潮。这其中，敌人突围出城的步、骑、炮兵共有5万多人。
从大境门往北，沿着一条小河，是长长的河滩，河滩右侧是公路，东边是东太平山，西边是西太平山，两山之间就成为一道长长的山沟。
从张家口出逃的军队出城之后，只走到陶赖庙就遇到了我军早已准备好的强大阻击，无法前进，完全被压在了从大境门经西甸子到朝天洼的一条长10多公里、宽500多米的狭窄山沟里。杨成武就在西太平山上的指挥部里指挥着一纵、六纵，还有二纵的一部从不同方向向敌人进行强力阻击，东野四纵主力也从南边调到了北边投入战斗，其余部队则在第一线部队的后边组成第二道阻击线。由于我军早已占领了两边高地的有利地形，对敌人形成了强大的火力网，基本上是压着敌人打。袁庆荣组织部队用炮兵轰，用骑兵冲，两个师连续向外强攻12次，都被击退，伤亡十分惨重。单是我军从两边山头上推下去的无数石块都不知砸死砸伤了多少敌人。当然，为了打退敌人拼命的冲锋，我军的第一线部队也付出了不小的代价，例如在狭窄山沟北边的咽喉要地西甸子，我一纵三旅八团把通信员、炊事员、饲养员全都投入了战斗，方才把敌人的疯狂进攻堵住。敌人为了逃命，曾经组织两个步兵师和两个骑兵旅一齐行动，由孙兰峰亲自指挥炮兵阵地，袁庆荣亲自指挥冲锋部队，进行了近乎疯狂的冲击，最后还是在我军一个个强有力的反冲锋之下溃败了。
袁庆荣和孙兰峰眼见实在冲不过去，就打算退回张家口城中再谋下一步行动。就在我军围歼山沟中的5万多敌军的同时，杨成武已经派不多的部队攻入了已经没有多少防守能力的张家口，再次解放了这座重要城市。敌人想再次进入张家口也就没有任何可能了。
激战至24日下午，战斗在一片风雪中结束，一共消灭了敌人一个兵团司令部、一个军部、5个师、两个旅、两个保安团，共歼敌5.4万多人，其中生擒5.03万多人。一○五军军长袁庆荣、副军长杨维垣等一批将领被俘。孙兰峰在少数骑兵的保护下从一个小山口逃了出去，到了商都。然后在土木尔台草原上碰到了董其武派去接应的鄂友三部骑兵，才侥幸地逃脱。
从1948年12月5日第三十五军和解放军接火，到12月24日我军解放张家口，总共才20天时间，傅作义嫡系部队主力的三个军，亦即三十五军、一○四军、一○五军，就全部被消灭了（严格说来，这三个军中还剩下一个师，就是三十五军二六二师，当时这个师在北平担任傅作义的警卫，未上战场，所以没有被消灭）。他的骑兵、炮兵、工兵和辎重部队，也基本上被消灭了。他所能指挥的部队除了几个师之外，基本上就剩下了他实际上并不能完全指挥的中央军系统的部队。
张家口被解放，三十五军、一○四军和一○五军的相继被消灭，也就意味着傅作义一字长蛇阵的蛇尾已被我军一刀斩断，他在华北地区的军事布局已从整体上被击碎了，华北的这条“长蛇”被完全切碎的日子已经不远了。
张家口解放之后，我华北军区政治部主任兼二兵团政委罗瑞卿，在张家口的临时俘虏营附近原市政府的一间房子内，接见了被我军俘虏的敌一○四军军长袁庆荣。这名傅作义手下的大将在山沟中为了逃命，竟从山坡上往下滚，造成腿部受伤不轻，这时不得不拄着一根拐棍。
罗瑞卿问他：“你们这次失败的原因是什么？”
袁庆荣的回答很干脆：“大势已去，不可收拾。”
罗瑞卿一想到两年前傅作义率袁庆荣等占领张家口时的情景就不能抑制自己的激动，他大声对袁庆荣说：“你还记得吗？1946年10月11日，你们趁机从我们背后攻占了张家口。这一下蒋介石疯狂了，第三天就宣布召开伪国大，撕毁政协决议，把反人民的内战发展到登峰造极的地步。傅作义也狂了起来，写了一个上毛泽东书，声言如果共产党打胜了，他傅某甘为毛泽东执鞭。我们撤出张家口的时候就说过，我们不久就会打回来。”
袁庆荣这时还有什么话可说呢？他只得连连说道：“打回来了，打回来了。国民党必败，共产党必胜。”