抗日同盟军甫告成立，察东局势日趋恶化。6月1日，日飞机轰炸独石口，4日敌陷宝昌，5日又侵占康保，张北危急，张垣震动。抗击日本的军事行动已刻不容缓。冯玉祥于6月20日作出部署：派方振武为北路前敌总司令，吉鸿昌为北路前敌总指挥，邓文、李忠义为左、右副总指挥，统帅大军北进，收复察东失地。
6月21日，北路同盟军又编成3个梯队：邓文为左翼第一梯队，从左卫出发；李忠义部为右翼第二梯队，从旧万全出发；周义宣部为第三梯队，从张家口出发。各部分头北上，向日、伪军展开进攻。22日，先头部队迫近康保，经过几个小时的战斗，伪军崔兴五部向东败逃。同盟军进驻康保。
23日，北路军兵分两路向宝昌、沽源挺进：左路军吉鸿昌指挥邓文、张凌云、张砺生自卫军一部向宝昌进攻，右路军李忠义部直趋沽源。30日，两路军分别迫近宝、沽。7月1日，驻宝昌的伪军张海鹏、崔兴五两部被击溃，残敌弃城逃往多伦，抗日同盟军占领宝昌。盘踞在沽源的伪军刘桂堂慑于抗日同盟军的凌厉攻势，派人向吉鸿昌接洽，投诚反正。沽源亦被收复。
初战告捷，抗日同盟军士气高涨，斗志旺盛。为了不让敌有喘息的机会，吉鸿昌又率大军乘胜东进，直捣多伦。
多伦为塞北重镇，位于滦河上游、内兴安岭西口，是察、绥、热之间的交通枢纽，是察东、热北的商业中心。日军在侵占热河、掌握内兴安岭之后，即指挥日、伪军于5月11日将其占领。抗日同盟军成立之后，日、伪军为加强多伦的防御，又调来大批兵力。城内驻有日军茂木骑兵第4旅团2000多人(一说3000多人)及炮兵部队固守；在城外构筑32座碉堡，用交通壕连通，并设置电网和多层障碍物，令伪军李守信部担任外围防御工事的守卫。关东军另调第8师团进驻丰宁，与多伦互为犄角。
7月4日，吉鸿昌率邓文、李忠义等部迫近多伦，乃以张凌云部为左翼，李忠义部为总预备队。7日，下达总攻击令。吉鸿昌亲自到前线督战指挥。经过激战，敌伤亡甚重，被迫退入城内，城外为同盟军占领。日、伪军据城顽抗。吉鸿昌派副官带兵40名扮做回民商贩，分批潜入城内，分住在城内5所清真寺中，调查敌情，投送情报，以便里应外合。7月12日，同盟军再度发起全线进攻。吉鸿昌“亲率敢死之士，肉袒匍匐前进，爬城三次”。吉部从南、北、西三门冲入城内，与先入城者内外配合，巷战肉搏3个小时之久。日、伪军不支，自东门向经棚方向逃遁。沦陷2个多月的多伦，经过血战终于光复。在收复察东四县的战斗中，共毙伤日、伪军1000多名，俘虏数百名。同盟军也伤亡1600多名，4名团长受重伤。
克复多伦，全国军民莫不欢欣鼓舞。各界同胞、抗日爱国团体或发函祝贺，或捐款、献物慰劳支持。著名学者章炳麟给予很高的评价，谓：“近世与外国战，获胜者有之，地虽一砦一垒，既失，则不可复得矣。得之自多伦始。以争一县，死将士几二千人，虽在一隅，恢复之功，为九十余年所未有。”
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