与此同时，马上飞率领骑兵师抵达了多伦外围。自从得知东北军先一步占领多伦之后，马上飞就下令部队做好战斗准备。他率领骑兵一团及师属部队居中，让耶契科夫和吴致臣分别率领骑兵二团和骑兵三团向两翼展开，尽量拉开距离以避免遭到合围。
侦骑回报，前面发现一支数量上万的骑兵，正迎面袭来。不用猜也知道，定是东北军骑兵无疑。马上飞立刻下令，选择有利地形布防。又用电报联络左右两翼的部队，向自己靠拢。
他这个骑兵师辖三个骑兵团，有八千多人。为了保证骑兵的机动性，火力配置方面，没有步兵师那样的重火力，山野炮方面只配置了十二门克虏伯75毫米山炮。但是该有的迫击炮、枪榴弹等支援武器那是一样不少。
他这里刚刚布置完成，东北军的骑兵就到了眼前。上万骑兵奔来，铺天盖地，一眼望不到尽头。马上飞立于一处土坡上，用望远镜观察。对方虽然占据人数优势，并没有合围过来。而是派出了一支千余人的部队冲了过来。
马上飞放下望远镜，下令道：“炮兵暂不开火，让三营试探一下对方的深浅！”传令兵迅速将命令传达到了三营，三营士兵迅速出动。马匹提速也是需要一个过程的，当三营的速度提起来时，双方的相距已不到500米。
每个排装备了两具枪榴弹发射器，由身强体壮者担任主射手。最先发动攻击的就是他们。十八名射手用双腿控制马匹，双手持发射器，各自选择目标发射。发射完毕之后，他们快速装填弹药，准备下一轮发射。
随着枪榴弹在马群中连续爆炸，立时人仰马翻，东北军出现了伤亡。骑兵的冲锋却没有停止，他们也顾不得瞄准不瞄准，纷纷举枪射击。
东北军用的是手拉式栓动步枪，而解放军用的是半自动步枪。在火力的输出方面，东北军虽然人多，反而落了下风。其实，在飞奔的战马上，想要击中移动目标是件很困难的事。战场上人多又比较混乱，明明是瞄着张三开枪的，结果击中了李四是件很正常的事。这个时候不需要瞄准，只要保持火力连续输出即可。火力输出大的一方自然能占据上风。
在进入百米距离之后，基本上打光了枪内的子弹。来不及装填子弹，双方开始舍弃枪支，选择拔出马刀对战。双方短兵相接只一个回合，东北军就明显的落了下风。他们虽然人数占了优势，可是在气势上，比解放军差得太多了。而打仗打得就是一个气势。这个骑兵师师从哥萨克骑兵，哥萨克骑兵能纵横亚欧大陆几百年，那种一往无前、有我无敌的气势让他们不惧怕一切敌人。
东北军完成了这次试探，不想再纠缠下去，军队划过一道弧线，选择了脱离接触。三营没有追上去，选择返回己方阵地。此次接战，三营这边伤亡了二十多人，而东北军方面伤亡了近百人，输赢显而易见。
马上飞仔细观察着对方的反应，如果选择就此退走，让出多伦，那一切好说。否则，只有全力出手了。东北军显然有些不甘心，非但没有退走，反而选择了全军出动，似乎想要仗着人多取胜。
马上飞脸色一沉，喊道：“炮兵连开火，集中火力先打中间。”炮兵连早就做好了发射准备，依令立刻开炮。炮弹落入马群之中，顿时血肉横飞。山炮的威力非枪榴弹可比，杀伤力上了一个档次。
东北军骑兵没有停下来的意思，还在继续冲锋。很快，解放军的迫击炮、重机枪相继开火。东北军的骑兵是一片接一片地落马，没人能突入500米距离。这个时候，他们意识到了不对劲，不得不调转马头往回撤。
远处，沙尘飞扬，骑兵二团和骑兵三团正朝战场赶来。这让东北军知道，情况比想象中还要糟糕。他们再不敢恋战，当即选择了全军撤退。马上飞立时下令火力全开，掩护骑兵一团发起反冲锋。又派人去传令，让二团、三团从两翼迂回。
这一追就直接追进了多伦，将东北军赶出了察哈尔。等到彻底控制住多伦之后，马上飞才向杨解放发电报告捷。
杨解放先后收到了侯飞和马上飞的电报，当即起草电报发给东北的张少帅。内容是：10日来电已获悉，弟愿与兄发布联合声明，拥护南京政府，调停内战。具体事宜，望兄遣人来鲁洽谈！
张少帅很快回电：已遣于学忠为全权代表启程南行。
于学忠本来就在山海关一线驻防，次日上午就抵达了济南。杨解放让孔师爷出面，会同杨永泰一起商讨调停内战事宜。调停内战只是一个由头，实际上是确认东北军与解放军的驻防区域。而他们三人商议的结果也没令杨解放失望，察哈尔多伦以南地区归了杨解放。东北军还只能老老实实地待在关外。
此时的中原战场形势已经对西北军十分不利。9月17日，中央军杨虎城部攻占龙门，截断了西北军与关中的联系。西北军想要再次退入关中自保变得十分困难。
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