借坚固工事和充足的弹药，白天即在坦克、飞机支援下向21团实施了反冲击。
到8月1日下午4时许，21团还在城外奋勇抗击国民党军的反冲击。与此同时，715团和8团在向大同城中心拓展时，遇到了城东增派过来的国民党军的抵抗，进展也比较缓慢，迅攻取大同城明显比较困难。大同指挥部决定，改战决的战略，为有计划地集中兵力、火力于若干重点，采取改造地形、挖交通壕接近等方法，求得逐渐消灭国民党军，最后解放大同。
张宗逊司令员在“八一”建军节的这天晚上，向党中央、中央军委和***主席致电，送去了一份歼灭大同12oo多名国民党守军的贺礼。
就在张宗逊致电延安的同时，绥远的傅作义接到阎锡山的“增援”呼救。傅作义觉得大同失守，对自己不利，于是，他为了保卫大同，采取了“打将保车”战略，调集了14个团3.2万兵力向集宁解放区进犯。
中央军委为集中兵力消灭傅作义的部队，命令358旅于8月4日夜撤出战斗，调回绥远，其他部队也到9月17日，全部撤离大同……
大同战役草草收兵，实属无奈。事后，***多次总结近期的归绥、包头、大同等战役国共两军交手的经验教训时，特别强调要相对集中优势兵力，有重点地歼灭有生力量；围城的目的不是得城，而是打援。