在张家口被围之初，国民党军第十一兵团即采取“依城野战”的方针，将张家口的部队分为野战部队和城防部队两部分。野战部队由第一○五军的第二一○师、第二五九师和第一○四军第二五八师及整编骑兵第五、第十二旅等组成，一○五军军长袁庆荣亲任指挥，担任机动作战任务；城防部队则由第一○五军第二五一师、察哈尔省保安司令部所属3个保安团及独立野炮营、铁甲车大队和侦察大队等组成。
第十一兵团司令孙兰峰曾吹嘘说：“这些工事的修筑和人员的部署，不亚于万里长城，使张家口披上了铁甲，在30里内无法接近。”
可是仗一旦打起来，局势的发展就不是最初所设想的那样了。
在新保安丢失后，傅作义急慌慌地电令孙兰峰：“事发突然，守张家口已无价值。趁杨成武主力在东，尽速西走，与董其武配合，保住队伍就有希望。”
孙兰峰决定：为了分散解放军的注意力，应分路突围，步兵从大镜门撤出，骑兵从七里茶坊分数路向商都突进，最后全部撤向绥远。整个突围行动由第一○五军军长袁庆荣统一指挥。
然而，傅作义与孙兰峰都没有想到，当他准备撤出时，华北第三兵团司令员杨成武的主力已不在东面，反而已移到西面去了。毛泽东在决定打新保安时就已经替傅作义想到张家口孙兰峰的出路了。
在打新保安前两天，中央军委便将东北野战军的第四纵队由怀来、康庄地区调到张家口以东，接替杨成武；杨成武则将华北第三兵团主力调到了北面和西北面。
陷阱已经挖好，孙兰峰却毫无知觉。
12月22日22时，根据突围部署，国民党一○五军第二五九师率先趁着暗夜偷偷溜出大镜门，向东北方向运动，立即遭到了解放军华北一纵的猛烈打击。
枪声响了一夜，23日凌晨4时，张家口城内的整编骑兵第五、第十一旅也开始向西突围，却发现前方路上处处都有解放军重兵把守，于是改道也拥向大镜门方向。
这个时候，张家口警备司令部和保安部队也奔到大镜门来了，5万多守军在同一条路上，你推我搡，乱成了一堆。从大镜门往外，沿着河滩、公路，到处都是人。骑兵、步兵、炮兵、骆驼队、辎重、马匹，像赶庙会似的，人喊马嘶，乱成一片。
23日拂晓，杨成武判明张家口守军全力向北突围后，当即下达了围歼张家口突围敌军的命令。各部得令后纷纷启程，于23日晚22时左右全部到达了张家口以北的山区地带。
张家口的北面有两座大山，即东、西太平山，两山中间夹着一条宽约500米的河滩，出大镜门向北延伸到西甸子、朝天洼，约有10公里长。时值寒冬，河滩中间正是冰封的河道，河床左侧有一条旧公路，向北一直通往张北。这条公路是敌军逃跑的必经之路。
孙兰峰的5万多守军以为华北一纵的部队无力将其阻截，遂一路炮火进攻，一路人慌马乱地四处奔逃。
杨成武见敌人已是军心大乱，个个都在争着逃命，立即下令全线追击。先后赶到的解放军各部纷纷冲出山区，猛打猛追。起初各部队还是按照原来的部署展开行动的，等追过大镜门后，天色已黑，相互之间难以全面照应。只好听到哪里有枪声，就往哪里赶，看到哪里有火光，就往哪里追。各部队的建制全部打乱了，大家只有一个目标，不放过每一个追得上的敌人。
东北野战军第四纵队，是从怀来经4个昼夜的急行军刚刚赶到张家口的，他们还没来得及休整，便又投入追击。他们由白天追到夜晚，又追到午夜过后，从南面在陶赖庙小山口将孙兰峰的部队拦腰截断。先头排率先冲了上去，他们为了辨别敌我，把棉衣反过来穿上，从混乱的人群中挤进去，冲上了陶赖庙西南的小山丘，架起机枪，向正在逃命的敌人猛扫，突如其来的袭击，吓得敌人慌忙退到对面的大山上。待敌人明白眼前的处境后，便决心夺回山口，杀出一条活路。一○五军军长袁庆荣亲自指挥，每次以2个营以上的兵力发起冲锋。从午夜打到黎明，四纵的这个排连续战斗了7个小时，打退了敌人11次冲锋。
1948年12月24日，张家口解放阵地上的雪，早给敌人的炮火轰击得融化了，血水与雪水混杂一起，涓涓流动。
到24日拂晓，数万逃敌，被解放军压缩到大镜门外至朝天洼、西甸子之间那道10公里长、不到1公里宽的狭窄山沟里。步兵、汽车、骑兵、火炮、各种物资把通道填得满满的，煮成了一锅粥，乱成了一团麻。随着天色明亮起来，敌人意识到末日就要来临，便争相逃命。骑兵撞倒了步兵，汽车冲翻了大车，大车翻进了人群，在两侧高地泼下来的弹雨中，混乱不堪。孙兰峰见5万多人的部队竟成了这等模样，只好下达了最后一道命令：“各自逃命，逃出多少算多少。”
话未说完，自己便率先逃命去了，其他各级指挥官也都趁天还没大亮纷纷溜之大吉。一○五军军长袁庆荣率领直属部队逃到张家口东面一个小山头，往下一看，是个悬崖，待回过身来，解放军的枪口正对着他，只得乖乖做了俘虏。孙兰峰的运气倒是好一些，他带着几个随身卫士，仗着熟悉地形，绕道西去，逃得了一条活命。
这一战一直打到下午15时，解放军除了解放张家口外，还悉数歼灭了孙兰峰第十一兵团部、第一○五军军部、二一○师、二五一师、二五九师、三一○师、一○四军的二五八师、整编骑兵第五、第十一旅、保安第四、第五团，总共5.4万余人。一○五军军长袁庆荣、副军长杨维垣及大部分师旅长被俘，410门火炮成了解放军的战利品，而解放军仅伤亡900多人。
新保安、张家口战役的胜利结束，为人民解放军全力攻打天津、北平，为全华北解放，创造了极有利的条件。