在收攏部隊後，師長羅君彤少將把剩下的人分爲兩組，師部和損失較輕的師直屬部隊先頭突擊，李一鳴帶領255團阻擊敵人。
凌晨4時許，羅君彤率新21師餘部千餘人與第88軍主力會合，隨即轉入對蘇軍的突擊中。
255團最終全軍覆沒，李一鳴中校遭蘇軍飛機投擲燃燒彈轟炸死亡。
至拂曉時，第88軍人員編制被打散，中高級指揮人員大部分死傷，實質上已失去作戰能力。
就在此時，唐生智遭到一發迫擊炮炮彈的正面轟擊，身負重傷。
他自覺無力繼續戰鬥，便拿出預先寫好的遺書交給羅君彤，命令他帶隊突圍。
然而造化弄人，羅君彤少將等80餘人在戰鬥的最後時刻成功突圍並進入新疆境內，但是在途徑羅布泊地區時失去蹤跡，從此杳無音訊。
第88軍全軍覆沒，唐生智被俘。
第88軍全軍覆沒與蘇軍佔領外蒙古西部、南部的消息傳到了南京，老頭子懷着悲痛與憤怒的心情再一次召開軍事會議。
在到會的數百名將官面前，他慷慨陳詞：“……先總理痛心俄寇肆虐，國土淪喪，決心一年之內，練兵百萬，北上抗俄；如若不能得，次年則出兵二百萬；如是遞增，至五百萬，至八百萬，至千萬，俄必有財政之恐慌，革命之起義，我趁其隙，必能逐俄寇出滿蒙之境，直抵莫斯科聖彼得堡而後已。此實是我們抗擊外侮的方針！吾黨以三民主義爲宗，以先總理遺訓爲教，方欲光大國家，豈可坐看赤俄竊據國土？百萬之軍，倉促間未必可得。然而沒有一百萬，七十萬亦可；沒有七十萬，則五十萬亦可。本委員長屆時一同北上，必要以民族之血氣，驅逐俄寇，以慰先總理在天之靈！”
這次會議後：全國各地國軍除守備地方所需人員，各綏靖區均挑選精銳部隊開赴北方。
保密局、中統、國防部二廳都將精幹的情報人員派入外蒙古潛伏，收集入侵蘇軍的動向。
中國軍隊已在山西、華北、東北三地集結12個軍共計43萬人，更多的部隊正從湖廣、四川等地趕來，空軍8個大隊亦整裝待發。
而就在此時，保密局北平站傳來情報，判明蘇軍新西伯利亞方面軍的主攻方向爲外蒙古首府庫倫。
其先頭部隊一部同李彌的第8軍交戰，一部繼續突入，距離城區不足80公里。
得到消息後，老頭子認爲沒有更多的時間集結力量了，必須立刻對蘇聯侵略者實施打擊，當天即與參謀部一道飛往北平，制定作戰計劃。
白部長認爲，蘇軍以我軍在庫倫周邊的防備力量接近真空，部隊行進毫無顧忌，不注意互相掩護側翼。
如果蘇軍佔領庫倫，雙方戰線將在採勒——庫倫——布林一線形成一個突出部。
此時，若我軍一面以強大兵力打擊其正面，一面出奇兵打擊其兩翼，必能殲滅這些驕兵。
因此，他力勸老頭子放棄保衛庫倫、同蘇軍正面交戰的計劃，而改爲在庫倫鄰近地域集結兵力，待蘇軍佔領庫倫後再發動反擊。
儘管庫倫淪陷對於中國的聲望有很大影響，但爲了一舉挫敗蘇聯的陰謀，老頭子最終採納了白崇禧的建議。
經過調兵遣將，北上國軍依集結地域分成三路：山西國軍編成西集團軍，由閻錫山指揮，前進至阿勒坦布拉格。
東北國軍編成東集團軍，由熊式輝指揮，前進至巴彥錢德曼。
華北國軍編成中央集團軍，由李宗仁指揮，前進至庫倫周邊。戰役代號“堡壘”，進攻發起後，中央集團軍負責對蘇軍新西伯利亞方面軍發起正面突擊，西集團軍、東集團軍負責打擊該方面軍側面，並於其撤退時封鎖後方。
尚在巴彥諾爾作戰的第8軍在接到命令後放過急欲進佔庫倫的蘇軍，後撤至巴彥錢德曼同東集團軍會合。
周森的整三十八師暫時歸中央集團軍指揮。
李宗仁將整三十八師放到了庫倫不遠處。
爲了加強周森的火力，老頭子又給周森增加了一個炮團。這樣一來，周森就有了三個炮團。
在到達庫倫不久，周森見到了周定勳。
“哥，你怎麼來了？”周森感到奇怪，周定勳不是當副局長了嗎？
“全國都動員了，你說我能不來嗎？”周定勳問。
周森一聽，是這麼一回事，中統的副局長也來了。
“我們的人在庫倫發現了蘇軍的動向。”周定勳說。
“蘇聯人來了嗎？”周森的情緒激動起來。
周定勳一根手指點在地圖上：“蘇軍先頭部隊距庫倫不足3公里。”
“好！只要他們進了庫倫，就有好戲看了。”周森笑道。
這時候，老頭子、白部長等人與北進國軍先頭部隊抵達庫倫城附近的狼居胥山（漢代名將霍去病曾追殺匈奴至此山）。
空軍集團軍轉場至賽音山達，預備投入作戰。
西集團軍在阿勒坦布拉格集結完畢。
東集團軍、中央集團軍分別在巴彥錢德曼和狼居胥山集結完畢。
而蘇軍原定的進城計劃也沒有實現。
新西伯利亞方面軍先頭部隊紅旗第1集團軍和近衛第8集團軍的司令員爲誰先進入庫倫發生爭執，在切爾尼亞霍夫斯基做出裁決前，兩集團軍均放緩了前進速度。
中方經過商議，3時50分，各集團軍接到指示：發起進攻時間後延一小時。此時空軍各轟炸大隊和驅逐大隊參與第一批次進攻的飛機已經升空，不得不臨時召回，造成了一定的混亂。
所幸這些戰役前的小插曲未被蘇軍注意，也未對戰役進程造成太大影響。
凌晨4時20分，蘇軍紅旗第1集團軍趾高氣揚地開進庫倫城區。
蘇軍“蘇軍已解放庫倫”的喜報從集團軍司令阿法納西.帕夫蘭季耶維奇.別洛鮑羅多夫上將的指揮部一路傳遞至克里姆林宮。
蘇軍總參謀部以總參謀長阿列克謝.因諾肯季耶維奇.安東諾夫的名義向遠東蘇軍總指揮部和新西伯利亞方面軍發出賀電，並指示別洛鮑羅多夫代理庫倫警備司令。
4時35分，新西伯利亞方面軍司令部抵達庫倫，切爾尼亞霍夫斯基準備在部隊休整後繼續向東進攻，直到同外貝加爾方面軍和遠東第2方面軍建立聯繫。
就在蘇聯人慶祝他們的勝利時，擔任中央集團軍進攻先頭部隊的整三十八師，接到了命令：凌晨五點，總攻開始。