韓雲華知道短時間內根本無法攻下老虎山高地，所以下令新二團、火力支援團、炮兵團圍困老虎山高地。其他部隊立即肅清城內殘敵，搶運繳獲的物資。同時命令88團務必全殲西逃的那部分偽軍，並炸毀平綏鐵路的集寧至歸綏段大部分的橋梁。99團、新四團也接到快速搶運繳獲的物資，擺脫或打退鬼各路援軍，務必於3月3日返回根據地的命令。
韓雲華這邊打的熱火朝天，歸綏駐蒙軍司令部則是炸了鍋了，一夜之間五座縣城遭到襲擊，上百個據點被摧毀，幾條重要鐵路遭到嚴重破壞，兩輛軍列出軌、一輛運送物資的軍列被炸。遭到襲擊的縣城還未傳來消息，軍事重鎮集寧又傳來緊急軍情，八路軍數萬人圍攻集寧，現在已經攻進城區了，集寧駐軍司令官千裏貞雄生死不明，八木清一郎少佐帶領部分殘兵死守老虎山高地。
蓮沼蕃將現在可是真的急了，如果集寧失守，他這個駐蒙軍司令官可就當到頭了。自日戰爭全麵爆發以來，還沒有一個大型城市被支那軍攻陷過，如果集寧這樣的軍事重鎮被支那軍隊奪回的話，無論是軍事上還是政治上日本都會顯得很被動。
蓮沼蕃將一邊將八木清一郎的軍銜由少佐提升為大佐，擔任集寧守軍臨時指揮官，同時命令八木清一郎務必死守集寧固守待援。一邊緊急從歸綏和大同派出援軍救援集寧。
歸綏方麵的援軍是由參謀長石本寅三少將率領的兵團司令部直屬的3個步兵大隊一個騎兵聯隊以及一個戰車大隊約千多人組成。為了加快行軍速度，歸綏方麵的援軍都乘坐汽車和戰馬。
大同方麵的援軍是由26師團師團長後官淳將率領，轄第26步兵團旅團長步兵第12聯隊、師團搜索隊、工兵第26聯隊、輕重兵第26聯隊約八千多人。由於平綏鐵路多處路段遭到破壞，所以大同方麵的援軍則是徒步趕往集寧。
3月3日早晨八點，歸綏方麵的援軍終於到了，但是留給日軍的除了躲藏在老虎山上的兩千多日偽殘兵外，就是被破壞殆盡的城區和各處碉堡群。而襲擊集寧的八路軍則早已逃之夭夭了，隻氣的石本寅三少將將一個偽軍團長一刀劈成了兩片。
消息傳到歸綏後，蓮沼蕃將惱怒的同時也長長舒了一口氣，無論如何集寧算是守住了，隻要城在，損失一點物資裝備算不了什麼。同時駐蒙軍司令部又接到消息，察哈爾右翼前旗、察哈爾右翼旗、察哈爾右翼後旗、豐鎮、四座縣城被攻陷，守城士兵全體玉碎，作戰物資損失極為慘重，現在八路軍已經撤退，縣城又回到了日軍手裏。
蓮沼蕃將不敢怠慢，急忙將昨夜發生的事上報到大本營，請求作戰指導。
3月3日下午點，新一團作為最後一批部隊按照預定計劃回到了大青山根據地後，至此“複仇行動”圓滿結束。
大青山根據地作戰室裏一片歡聲笑語，韓雲華待大家稍稍安靜了下來後，大聲說道：“同誌們，經過三天三夜的行軍戰鬥，“複仇行動”以我們取得重大戰果圓滿勝利。是役，我們內蒙古軍區出動了88團、99團、新一團、新二團、新三團、新四團、新五團共7個步兵團，並配合以騎兵一團、騎兵二團、騎兵三團、騎兵四團、騎兵五團、火力支援團、炮兵團、警衛營等部隊約三萬三千人，對盤踞在集寧周邊個縣以及平綏鐵路沿線的數百個鬼據點發動了全麵攻擊。這次複仇行動給於鬼駐蒙兵團以重創，同時也為無辜犧牲的老百姓報了仇，現在有請沈玉泉政委為我們作戰鬥總結。”
一陣掌聲過後，沈玉泉起身說道：“這次戰役是我們內蒙古軍區成立以來打的第一場戰鬥，是役我們攻破縣城四座，共消滅日軍兩千百多人，擊斃偽軍一千餘人，同時俘虜偽軍一千二百十多人。繳獲三八大蓋8777支、正式步槍3423支、歪把345挺、式輕機槍333挺、二式重機槍97挺、迫擊炮134門、五輕戰車38輛、裝甲車23輛、運輸汽車126輛、野戰重炮24門、各種口徑的彈280多萬發、炮彈2萬多發、糧食馬匹電台錢物等東西更是多到無法計算。這場戰役不但打出了我們內蒙古軍區的威風，為慘死的鄉親們報了仇，更重要的是在側麵支援了120師晉西北反圍剿戰鬥以及國民黨政府在山東組織的徐州會戰，我們這次之所以能繳獲這麼多戰利品就是因為有兩列軍火要運往前線，但是在集寧被我們劫了，更重要的是我們基本上摧毀了察哈爾境內日軍平綏鐵路沿線的鬼據點和重要路段的橋梁路軌，使平綏鐵路全線癱瘓，我會以軍區的名義向八路軍總部和延安方麵為大家請功的。”