1938年1月，閻錫山任命傅作義為第二戰(zhàn)區(qū)北路軍總司令。傅作義的第三十五軍在石樓整編后，開赴柳林訓(xùn)練補(bǔ)充。2月，日軍繼續(xù)南犯，傅作義率部東進(jìn)攻文水、交城等地的敵人。后又迂回全殲離石、大武的日軍。3月，四二二團(tuán)李民濟(jì)營(yíng)一部分曾攻進(jìn)太原，進(jìn)行巷戰(zhàn)，后受挫奉令撤出。

這時(shí)，傅作義將軍認(rèn)為自己身為綏遠(yuǎn)省政府主席，應(yīng)當(dāng)驅(qū)逐日軍，收復(fù)失地，以盡守土保民之責(zé)。否則，有愧于綏遠(yuǎn)人民。于是傅將軍向閻錫山請(qǐng)求：愿率所部反攻綏遠(yuǎn)，以牽制華北日軍南下。獲準(zhǔn)后，傅率三十五軍移至?xí)x西北河曲、保德、偏關(guān)一帶，整訓(xùn)部隊(duì)，伺機(jī)反攻綏南。4月，傅作義指揮北路軍發(fā)動(dòng)綏南戰(zhàn)役，先后收復(fù)清水河、和林縣城。月底，董其武部進(jìn)抵距歸綏20里的一間房、薩爾沁一線，與日偽軍展開激烈戰(zhàn)斗。遂后攻打歸綏城，鏖戰(zhàn)數(shù)日，未能攻破。這時(shí)的傅作義熟悉了八路軍的運(yùn)動(dòng)戰(zhàn)要旨，下令停止攻城，轉(zhuǎn)移陣地，誘敵深入，尋機(jī)殲敵。以后在和林縣之察屹洞，全殲日軍巖田騎兵聯(lián)隊(duì)，繳獲戰(zhàn)馬400匹。6月在偏關(guān)縣馬屜梁阻擊戰(zhàn)中，重創(chuàng)日偽軍。

傅作義部隊(duì)從太原撤退到晉北以后，與我黨和八路軍接觸更多了。我黨的政治工作和機(jī)動(dòng)靈活的游擊戰(zhàn)、運(yùn)動(dòng)戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)，給傅作義部隊(duì)以很大影響。傅將軍愿意與中國(guó)共產(chǎn)黨合作，效法我黨的一些作法，整訓(xùn)他的部隊(duì)，收到良好效果。

1938年1月，傅軍總部駐柳林，傅將軍與我黨派來(lái)的曾山、程子華等同志商談抗日事宜。之后，傅作義派周北峰去延安晉見毛澤東主席及中央其他領(lǐng)導(dǎo)同志。柳林整訓(xùn)后，傅便著手準(zhǔn)備建立軍隊(duì)政治工作，從西安、晉南招收青年學(xué)生300人，一面訓(xùn)練，一面研究建立政治工作的辦法。3月，傅作義派周鈞到嵐縣參加我黨領(lǐng)導(dǎo)的山西戰(zhàn)地總動(dòng)員委員會(huì)召開的晉西北地區(qū)動(dòng)員新戰(zhàn)士大會(huì)。會(huì)后，關(guān)向應(yīng)、續(xù)范亭、蕭克等同志在興縣、臨縣之間的白文鎮(zhèn)與傅作義將軍談協(xié)同抗日問(wèn)題。

綏南戰(zhàn)役后，傅軍總部駐河曲。傅作義邀請(qǐng)蕭克、程子華、南漢哀、曾山、羅貴波等到河曲商談協(xié)同抗日事宜。在此期間，傅作義曾派軍到敵占區(qū)進(jìn)行游擊戰(zhàn)和運(yùn)動(dòng)戰(zhàn)，殲滅了大量敵人。

傅作義還參照八路軍政治工作的做法，先后建立北路軍政治工作委員會(huì)和所部政治工作機(jī)構(gòu)。中共中央應(yīng)傅作義的請(qǐng)求，從延安數(shù)次選派潘紀(jì)文、魯志浩等干部到河曲，幫助傅部建立政工制度。傅作義將軍委托潘紀(jì)文，擬定《北路軍政治工作守則》，在部隊(duì)貫徹執(zhí)行。傅作義還參照八路軍《三大紀(jì)律八項(xiàng)注意》，制定了一個(gè)《十項(xiàng)紀(jì)律》，要求官兵實(shí)行。

在河曲，共產(chǎn)黨的報(bào)刊、書籍可以公開傳播、閱讀。該部軍報(bào)——《奮斗報(bào)》，也經(jīng)常刊登新華社所發(fā)消息。傅作義贊賞周恩來(lái)同志的雄才大略，也十分敬佩毛主席的遠(yuǎn)見卓識(shí)。傅將軍曾精心研讀毛主席的《論持久戰(zhàn)》，贊成該書中闡述的戰(zhàn)略思想，懂得了新的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，從而堅(jiān)定了他抗戰(zhàn)必勝的信心。

傅作義將軍一向以國(guó)家民族利益為重，反對(duì)閻錫山，王靖國(guó)等人的陰謀破壞活動(dòng)。我黨為了加強(qiáng)抗日統(tǒng)一戰(zhàn)線工作，11月派南漢宸、羅貴波同赴河曲，向傅作義提交了在傅部幫助工作的共產(chǎn)黨員的名單，并公開表示不在友軍內(nèi)發(fā)展黨員。這些行動(dòng)受到傅作義的贊許。

這年年底，傅作義將軍參加國(guó)民政府軍事委員會(huì)在陜西武功召開的軍事會(huì)議，接受第八戰(zhàn)區(qū)副司令長(zhǎng)官的任命。1939年2月，傅部由河曲抵綏西五原，在這里設(shè)副司令長(zhǎng)官部。從此，傅作義部隊(duì)脫離閻錫山的晉綏軍體系。3月，綏遠(yuǎn)省政府由榆林遷回五原，遂后成立綏遠(yuǎn)省動(dòng)員委員會(huì)，以實(shí)行全民抗戰(zhàn)。4月，傅作義多次與南漢宸、蕭克、曾山、續(xù)范亭等密談合作抗日事宜。5月，傅作義親自主持在百川堡舉辦的“抗日建國(guó)討論會(huì)”。“抗建會(huì)”先后舉辦5期。歷時(shí)3個(gè)月。通過(guò)學(xué)習(xí)討論，統(tǒng)一了思想認(rèn)識(shí)，堅(jiān)定了抗日必勝的信念，建立了軍政民一體的領(lǐng)導(dǎo)體制，實(shí)行了全民抗日總動(dòng)員。“抗建會(huì)”引起了國(guó)民黨中央的非難，派中央委員姚大海脅迫排除傅部?jī)?nèi)的共產(chǎn)黨員。在此形勢(shì)下，傅作義只得將各軍政機(jī)構(gòu)中的大部分共產(chǎn)黨員安全送回延安。

為了牽制華北日軍不使南調(diào)，傅作義于1939年12月發(fā)動(dòng)了襲擊日軍重要據(jù)點(diǎn)包頭的戰(zhàn)役。

傅作義先采取“攻而示之守”的策略，以麻痹敵人，加強(qiáng)戰(zhàn)前練兵和各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。12月13日，傅作義部署了攻擊包頭的任務(wù)，騎六軍軍長(zhǎng)門炳岳率騎兵第七師，于17日按計(jì)劃破壞了由歸綏至薩縣之間的鐵路，并牽制、阻擊增援部隊(duì)。19日，各攻城部隊(duì)急行軍向包頭進(jìn)發(fā)，20日晨開始進(jìn)襲包頭。由于傅部已做了對(duì)偽軍的策反工作，當(dāng)傅軍爬城時(shí)，偽軍營(yíng)盤或據(jù)點(diǎn)都插了白旗，有的小聲說(shuō)：“中國(guó)人不打中國(guó)人。”結(jié)果傅軍未發(fā)一槍，分別從水巴洞、西北門或城墻上，突入城內(nèi)。

傅作義的入城部隊(duì)，如神兵從天而降，打得日軍狼狽逃竄。當(dāng)天上午9點(diǎn)，占領(lǐng)了營(yíng)盤梁以西高地及神廟街各點(diǎn)。11時(shí)以后，敵人從城內(nèi)東西兩方，由坦克掩護(hù)步兵，向傅軍反撲，在城內(nèi)進(jìn)行港戰(zhàn)，爭(zhēng)奪十分激烈。21日晨，敵人由薩拉齊的援包部隊(duì)趕到，向城內(nèi)發(fā)起攻勢(shì)，傅軍與敵軍艱苦奮戰(zhàn)一天，許多據(jù)點(diǎn)得而失，失而得。在城內(nèi)激烈戰(zhàn)斗的同時(shí)，20日由固陽(yáng)、安北向包頭增援的騎兵，遭傅部阻擊軍隊(duì)的打擊，戰(zhàn)至深夜未息。這天，新三十二師師長(zhǎng)袁慶榮、一O一師師長(zhǎng)董其武各率部隊(duì)向包頭急進(jìn)，支援在城內(nèi)巷戰(zhàn)的孫蘭峰師。21日袁、董兩師抵達(dá)后，立即投入戰(zhàn)斗，戰(zhàn)幕深夜，大量殺傷敵人。為了保存有生力量，傅作義命令是夜撤出戰(zhàn)斗。

包頭一戰(zhàn)，給予敵人沉重打擊，斃傷敵人3000余人，其中日騎兵聯(lián)隊(duì)長(zhǎng)小原一明大佐、小林一男大佐在此役喪命。另外，還擊毀敵人汽車60余輛，坦克4輛，繳獲大批武器彈藥。

日軍為了報(bào)復(fù)包頭的失敗，自1940年3月起，從張家口、大同、太原、臨汾抽調(diào)日軍3萬(wàn)余人，加上偽蒙6個(gè)師，統(tǒng)由日酋黑田重德師團(tuán)長(zhǎng)指揮，向我河套大舉進(jìn)犯。對(duì)此，傅作義將軍在備戰(zhàn)、演練空室清野、動(dòng)員民眾等方面做了準(zhǔn)備。

1月28日，日軍由包頭開始西犯，遭傅部騎兵七師的英勇阻擊。2月1日，日軍主力突破烏不浪口及烏鎮(zhèn)，在三女店遭到傅部新三十一師阻擊。第二日，敵人進(jìn)至萬(wàn)和長(zhǎng)地區(qū)，再次遭傅軍阻擊，使敵人傷亡慘重。2月2日，傅軍與進(jìn)犯五原的敵人血戰(zhàn)，給日偽軍以重創(chuàng)。是夜，傅軍脫離戰(zhàn)斗，向后轉(zhuǎn)移。3日，日軍占領(lǐng)百川堡、五原。3日至6日，當(dāng)日軍得意忘形，宣傳“勝利”之時(shí)，卻進(jìn)入傅軍包圍圈，敵遭打擊而慘敗。2月中旬以后，敵人由于戰(zhàn)線過(guò)長(zhǎng)，被迫收縮東撤。傅作義揮師急進(jìn)臨河、陜壩，收復(fù)失地。日偽軍退至五原后，傅軍開至鄔家地以西，集結(jié)整訓(xùn)，并不斷襲擾敵人。綏西會(huì)戰(zhàn)，傅作義運(yùn)用游擊戰(zhàn)配合運(yùn)動(dòng)戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)，打擊消滅了敵人，保存了自己，為收復(fù)五原創(chuàng)造了條件。

日寇在五原屯兵15000人，構(gòu)筑防御工事，妄圖永遠(yuǎn)霸占五原重鎮(zhèn)。2月，傅作義召開軍事會(huì)議，分析敵我形勢(shì)，動(dòng)員收復(fù)五原城。20日黃昏，傅軍便衣突擊隊(duì)與偽軍主英所部一個(gè)團(tuán)遭遇，經(jīng)過(guò)爭(zhēng)取，曉以大義，該團(tuán)反擊，突擊隊(duì)順利進(jìn)入五原城，迅速破壞了城內(nèi)通訊設(shè)施，并在城內(nèi)發(fā)起攻擊。城外部隊(duì)聽到槍聲后，于21日在孫蘭峰師長(zhǎng)指揮下，從五原城西面進(jìn)攻，拿下西關(guān)和黑頭屹亙兩個(gè)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)而消滅城內(nèi)義和渠以西的敵人。戰(zhàn)斗到第二天，五原新城解放。袁慶榮指揮新三十二師，由新北向五原舊城進(jìn)擊，戰(zhàn)至20日中午，敵軍向東搜退，傅軍占領(lǐng)五原舊城。

傅軍在圍攻五原新、舊城的同時(shí)，騎六師向城外各據(jù)點(diǎn)發(fā)動(dòng)攻擊，戰(zhàn)至21日夜，擊潰日偽軍。另外，董其武部為總預(yù)備隊(duì)，除支援五原攻城外，并派重兵在烏加河畔阻擊增援部隊(duì)，使五原之?dāng)呈ピ萑牍萝娮鲬?zhàn)。

3月23日夜，五原戰(zhàn)役以擊斃日軍水川中將、大橋大佐、桑原特務(wù)機(jī)關(guān)長(zhǎng)，殲敵3400人，俘敵300余人，繳獲許多大炮、汽車等輝煌戰(zhàn)果而勝利結(jié)束。經(jīng)此一役，敵人未敢再犯綏西。

五原大捷，是全國(guó)抗戰(zhàn)以來(lái)國(guó)民黨軍隊(duì)中第一個(gè)收復(fù)失地的戰(zhàn)役，鞏固了大西北屏障。蔣介石授傅作義將軍“青天白日勛章”，傅將軍發(fā)表辭勛呈文，稱五原之捷，是所部全體官兵艱苦奮戰(zhàn)的功績(jī)，個(gè)人不應(yīng)領(lǐng)此勛獎(jiǎng)。

從五原大捷以后，兩軍形成對(duì)峙。傅作義的工作著手于醫(yī)治戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷，整理部隊(duì)，加強(qiáng)政權(quán)建設(shè)，發(fā)展生產(chǎn)，興辦教育等方面。例如，傅曾成立“戰(zhàn)地復(fù)興委員會(huì)”、“土地整理委員會(huì)”等，宣布停止放墾，對(duì)已放墾的土地清理整頓，將清理出的地主、地商執(zhí)照外的耕地，按誰(shuí)種誰(shuí)租的原則歸農(nóng)民永租，體現(xiàn)耕者有其田的主張。為了發(fā)展水利事業(yè)，傅曾派部隊(duì)疏浚舊渠40余條，還特?fù)苜J款，大興水利建設(shè)。這些措施，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有了發(fā)展，也保障了部隊(duì)的供應(yīng)問(wèn)題。