晋察冀边区和张家口人民得知解放军10月4日在平绥路东线打了大胜仗的消息后，当晚，边区和张家口市各界人民即组织慰问团。由马辉之带队，携大批慰问袋及慰问品，乘火车赶赴东线，慰问迎战国民党军队的前线将士。中共张家口市委暨张家口各界也致函平绥铁路东线野战军各部队，对他们的革命英雄主义精神致崇高的敬意，表示将尽一切力量支援前线，坚决粉碎国民党军队的进攻，保卫张家口，保卫解放区。这极大地鼓舞了前线将士的士气。

为了配合保卫张家口战役，晋察冀军区决定开辟平汉线战场，由晋察冀野战军第三纵队司令员杨成武、冀晋军区政治委员王平指挥第三纵队的第八旅及冀察、冀晋、冀中等军区部队组成两个作战集团，在平汉铁路的北平至石家庄段发动进攻。从9月29日晚到10月3日，接连攻克了望都等4座县城和高碑店等车站，共歼敌8300多人，控制铁路250里，在敌人的侧翼打开了一个缺口，切断了国民党军队向解放区进攻的南北干线。在晋察冀野战军的突然打击下，国民党不得不于9月5日调九十四军第五师和第一二一师1个团南下增援。平汉线战场的开辟，牵制并歼灭了大量敌人，有力地配合了怀来地区的作战和张家口保卫战。冀热辽解放军在此期间，也广泛地开展了敌后游击战争，向敌出击30余次，并在北（平）宁（辽宁）铁路、平（北平）古（古北口）铁路破坏交通，积极配合了张家口方向的作战。

就在平绥铁路东线解放军阻击国民党军队战斗捷报频传的时候，蒋介石见其嫡系军不能攻取张家口，便将察哈尔省划归傅作义势力范围。原处于观战的傅作义，便调整部署，乘解放军西北防线防备力量空虚之机，集结其主力一○一师、新编第三十二师、暂编第十七师、骑兵第四师等部队由集宁经南壕堑（尚义县城）向张北进犯。10月5日晚占领尚义县城和县城北边的大青沟镇。6日下午，张北县和尚义县接壤的单晶河一带也发现了敌人骑兵部队。由于对傅作义可能进攻的方向判断错误，对其沿土木路一线东进迂回张北的行动缺乏必要的警惕，察哈尔军区七分区骑兵旅虽驻守张北，但未能对傅作义部队的行动进行严密的监视，加上傅作义部队行动诡秘，严密封锁了消息，当傅作义骑兵部队侵占了南壕堑、大青沟时，防守张北的解放军指挥员还误认为小股敌人窜扰。即于6日晚率骑兵旅出击大青沟之敌，计划收复大青沟、南壕堑。张北县城只留下一个连驻守。10月7日晚，傅作义部的骑兵和步兵已接近张北县城。8日凌晨，敌人从张北县城西门外以轻、重机枪和六○炮向张北县城发起冲击，企图一举夺下县城。驻守在张北城内的党政军和群众团体所有干部、战士、工作人员在广大群众支援下与敌人浴血战斗，凭借土墙、土堡以手榴弹、地雷和机枪、步枪，连续打退了傅作义部队的冲击。但由于守城部队的兵力和火力不足，也缺乏必要的作战预备队，下午2时，敌人乘势从城墙豁口冲入城内，守城战士与敌人展开巷战。36团政治委员洪益海、张北县公安局局长王有明、张北县武委会主任焦景等人壮烈牺牲。

守卫张家口的警备团在敌向张北县城进犯期间，乘汽车增援张北，被敌机轰炸所阻。傅作义部队侵占张北以后，于10月10日沿张（北）张（家口）公路向张家口进攻。晋察冀军区教导旅在狼窝沟顽强阻击敌人，以争取时间掩护党政军领导机关有序地从张家口转移。狼窝沟失守后，张家口以北已无天险可守。遵照党中央、毛泽东制定的以消灭敌人有生力量为主，而不计较一城一地得失的战略方针，晋察冀解放军在歼敌22500人，给予敌人重大杀伤后，晋察冀边区党政军机关及地方党政军机关遂于10月10日撤出张家口。10月11日傅作义部队侵占张家口。张家口既失，继续坚持东线阵地已无意义，解放军主力于10月13日撤出怀来阵地，在运动中集中兵力寻机歼敌。蒋介石国民党反动集团被一时的胜利冲昏头脑，气焰嚣张，不可一世，大吹大擂，说什么“共军已经崩溃”。立刻撕毁政协协议，在侵占张家口的当天下午宣布将召开由国民党一手包办的所谓“国民大会。”