當晚，梅津美治郎聯繫了第26師團長黑田重德。
「黑田君，我需要26師團全力配合。」梅津美治郎在電報中說，「我的部隊已經快到極限，但八路軍堵住了最後一段路。請你派出一個旅團進攻大同南側的八路軍，接應第一軍入城。」
黑田重德回覆：「梅津君放心，我已經命令獨立步兵第11聯隊、獨立步兵第13聯隊組成攻擊部隊，明天一早向南進攻。另外，獨立山炮兵第12聯隊會提供炮火支援。」
兩人又商議了一些細節。
梅津美治郎說：「明天凌晨六點，我部將以109師團第31旅團配合貴部行動。我們兩面夾擊，務求在最短時間內打開缺口。」
黑田重德表示同意：「第26師團多次嘗試突圍，損失了數千人。目前能戰之兵大約一萬八千人，全部聽憑梅津君調遣。」
梅津美治郎算了算自己的兵力。從太原帶出來六萬兩千餘人，路上匯合了保護北同蒲鐵路的獨立混成第3旅團，一共六萬兩千餘人。但一路上遭遇空襲和八路軍阻擊，傷亡兩萬四千餘人，只剩下三萬八千餘人進入大同。加上26師團的一萬八千人，總兵力五萬六千人。
「足夠了。」梅津美治郎眼中閃過一絲決然，「明天一定要突出去。」
......
四月二十九日，清晨六點。
天色剛亮，日軍第26師團獨立步兵第11聯隊、第13聯隊便在炮火掩護下，向大同南側的八路軍120師359旅、決死二縱、決死四縱陣地發起猛攻。
獨立山炮兵第12聯隊的山炮不斷向八路軍陣地傾瀉炮彈。隨後，第26師團獨立野炮兵第26聯隊也加入炮擊。密集的炮彈落在八路軍陣地上，炸得泥土飛濺。
359旅旅長王旅長站在指揮所里，用望遠鏡觀察著日軍的進攻。他是八路軍中有名的猛將，留著一臉絡腮鬍子，性格火爆。
「狗日的小鬼子，炮火還挺猛。」王旅長吐了一口唾沫，「傳令，各部隊隱蔽。等日軍步兵上來再打。」
日軍炮擊持續了半個小時，然後步兵開始衝鋒。
獨立步兵第11聯隊的士兵端著刺刀，越過開闊地，向八路軍陣地衝來。
「打！」王旅長一聲令下。
八路軍陣地上的輕重機槍同時開火。衝鋒的日軍士兵立刻倒下了一片。但這次日軍的決心非常堅定，前面的倒下了，後面的繼續沖。一波接一波，像潮水一樣湧上來。
與此同時，梅津美治郎也發動了進攻。
第109師團第31旅團與第26師團獨立野炮兵第26聯隊組成攻擊梯隊，向八路軍359旅的側翼發起猛攻。日軍以大隊為單位，在炮火掩護下進行不間斷衝擊。
359旅的壓力驟然加大。
王旅長一邊指揮阻擊，一邊向賀師長報告情況。
「師長，日軍攻勢太猛了。他們在用人命填！」王旅長在電話里大喊，「我這邊還能頂住，但傷亡很大。」
賀師長沉穩的聲音傳來：「王鬍子，你給我頂住！只要今天能拖住，平西兵團的主力就能趕到。另外，328旅和獨立1旅正在向你們那邊運動，你們不是孤軍作戰。」
這時，南邊的天際傳來熟悉的嗡鳴聲。
「飛機！我們的飛機！」八路軍戰士們歡呼起來。
B-17B轟炸機群再次臨空。但這次，飛機上只有轟炸機，沒有戰鬥機護航——大同已經超出了P-39戰鬥機的作戰半徑。
日軍第26師團的防空部隊立刻開火。20mm、37mm高射炮在空中織成火網，88mm高射炮的炮彈在轟炸機編隊中炸開。
「穩住！繼續投彈！」轟炸機大隊長在無線電中喊道。
B-17B轟炸機冒著防空火力，飛臨日軍進攻部隊上空，投下炸彈。炸彈落在日軍的進攻梯隊中，炸得日軍士兵人仰馬翻。
但因為沒有戰鬥機壓制防空火力，轟炸機也遭到了嚴重損失。先後有四架B-17B被擊落，機組人員大多犧牲。
地面上的激戰仍在繼續。
上午十點，八路軍328旅、獨立1旅趕到戰場，從側翼向日軍發動進攻。但日軍也早有準備，第20師團殘部迅速展開，擋住了328旅和獨立1旅。
接著，獨立2旅、獨立5旅也趕到戰場，從另一個方向進攻，又被日軍第108師團殘部擋住。
雙方在懷仁、大同之間展開了一場混戰。
......
就在北線激戰正酣時，平西兵團的快速支隊也趕到了戰場。
周鴻率領的裝甲車隊從東南方向插入戰場，正好撞上了梅津美治郎派出的後衛部隊——獨立混成第3旅團以及殘餘的戰車部隊。
日軍獨立混成第3旅團還有大約四千人，配備有十幾輛坦克。旅團長佐佐木到一少將是個作戰經驗豐富的老兵。他看見快速支隊的裝甲車衝過來，立刻下令坦克迎擊。
雙方爆發了一場小規模的裝甲戰。
日軍的九五式坦克和九七式坦克向Sd.Kfz.222裝甲車開火。Sd.Kfz.222的20mm機關炮雖然打不穿坦克的正面裝甲，但可以打穿側面和後面。
周鴻立刻下令：「不要和坦克硬碰，繞到側面打！」
裝甲車利用速度優勢，不斷變換位置，從側翼攻擊日軍坦克。幾輛日軍坦克的側面被20mm機關炮擊穿，燃起大火。
但裝甲車也有損失。一輛Sd.Kfz.222被日軍坦克的炮彈正面擊中，乘員全部犧牲。
周鴻咬著牙，命令裝甲步兵下車，用反坦克槍和集束手榴彈攻擊日軍坦克。
激戰到下午，獨立混成第3旅團被擊潰，殘部向大同方向潰退。日軍殘餘的幾輛坦克也被擊毀。
但快速支隊也付出了不小的代價——陣亡一百一十二人，傷二百三十六人，損失裝甲車三十二輛。