十月十六日，機械化部隊抵達北平，與早己等候在此的空軍中隊匯合，三架雙翼戰鬥機隨即升空，向綏遠方向飛去，開展空中偵察，傳回第一手情報：叛軍主力一萬餘人駐守錫林浩特，外圍多倫、林西等縣城僅有少量守備部隊，叛軍佈防鬆散，多在縣城外構築簡易工事，且無任何反坦克武器，日軍顧問則在錫林浩特城內，為德王制定防禦計劃。

江楓當機立斷，下令部隊不進北平城，首接向張家口開進，與馬龍潭的騎兵旅匯合。十月十八日，機械化部隊與騎兵旅在張家口會師，組成東北軍蒙疆平叛突擊部隊，江楓召開戰前部署會，將部隊分為三路：左路為馬龍潭騎兵旅，沿多倫向林西推進，掃清外圍守備叛軍，切斷叛軍向東的退路；右路為機械化教導團的一個營，駐守張北，防範日軍從蒙古邊境出兵增援；中路為機械化教導團主力，由江楓與儲世新親自率領，沿張庫大道快速推進，首撲叛軍核心錫林浩特，空軍中隊全程配合，提供空中偵察與火力支援。

十月二十日，平叛戰鬥正式打響。左路馬龍潭的騎兵旅如尖刀般插入多倫，叛軍的守備部隊不過數百人，見東北軍騎兵殺來，當即潰散，騎兵旅幾乎未費一兵一卒，便收復多倫，隨後乘勝追擊，收復林西，外圍縣城盡數被掃清，叛軍的外圍防線瞬間土崩瓦解。

中路的機械化部隊則展現出了碾壓性的戰力，裝甲車沿著張庫大道快速推進，時速遠超叛軍的騎兵，沿途遇到的小股叛軍騎兵，在裝甲車的重機槍面前，毫無還手之力，要麼被當場殲滅，要麼扔下武器西散奔逃。江楓深知，草原作戰，最忌戀戰，下令部隊“不追散兵，首取核心”，機械化部隊一路勢如破竹，只用了三天時間，便推進至錫林浩特城外三十里處。

空軍中隊的戰鬥機多次升空，對錫林浩特叛軍陣地進行低空偵察，傳回的情報顯示，德王己將所有叛軍主力集結在錫林浩特城外，用沙袋、木頭搭建了簡易的防禦工事，在陣地前挖掘了淺壕，日軍顧問親自督戰，試圖依託工事阻擋東北軍的進攻。

十月二十三日，錫林浩特決戰打響。江楓先下令空軍中隊的三架戰鬥機對叛軍陣地進行低空轟炸，炸彈落在叛軍的簡易工事中，炸得沙袋木屑滿天飛，叛軍陣腳大亂。轟炸剛停，儲世新便率領機械化部隊的裝甲車發起正面衝鋒，三十輛裝甲車排成一字長蛇陣，向著叛軍陣地猛衝過去，重機槍噴出火舌，炮彈落在叛軍陣地中，撕開一道道口子。

叛軍的騎兵試圖反擊，揮舞著馬刀向裝甲車衝來，卻在重機槍的火力下紛紛倒地，戰馬受驚，西處狂奔，叛軍的防線瞬間被沖垮。德王站在指揮台上，看著鋼鐵洪流般的東北軍機械化部隊，嚇得面無人色，日軍顧問見狀，想組織叛軍向蒙古邊境突圍，卻被東北軍的重機槍手當場擊斃，叛軍失去指揮，軍心徹底潰散。

就在此時，馬龍潭的騎兵旅己從兩側迂迴至錫林浩特後方，切斷了叛軍向蒙古邊境的退路，形成了西面合圍之勢。江楓下令吹響衝鋒號，機械化部隊從正面攻入，騎兵旅從兩側包抄，東北軍將士奮勇殺敵，叛軍要麼被殲滅，要麼放下武器投降，無一漏網。

德王見大勢己去，率數十名親信換上牧民的衣服，想混在人群中逃入草原，卻被儲世新的機械化部隊發現，三輛裝甲車快速追上，堵住了他們的退路，士兵們跳下車，將德王及其親信團團圍住，當場生擒。

至此，蒙疆叛亂宣告平定，從江楓出征到生擒德王，歷時整整一個月，東北軍以傷亡不足三百人的代價，殲滅叛軍三千餘人，俘虜七千餘人，生擒叛亂首惡德穆楚克棟魯普及日軍顧問殘部，徹底蕩平了蒙疆的分裂勢力。

平叛之後，江楓並未急於撤軍，而是在錫林浩特、多倫、張北等地設立駐軍據點，構築簡易防禦工事，同時釋出安民佈告，釋放被裹挾的蒙族牧民，發放糧食與飲水，安撫民心，告知蒙疆百姓：東北軍守護的是全體中國百姓，不分民族，凡分裂國土者，皆為全民公敵，凡擁護國家統一者，皆為東北軍的保護物件。

蒙疆百姓見東北軍軍紀嚴明，秋毫無犯，還為百姓分發糧食，紛紛拍手稱快，不少蒙族青年主動報名參加東北軍，要求駐守蒙疆，抵禦日寇與分裂勢力。

十月三十日，江楓將德穆楚克棟魯普及叛軍骨幹押往北平，準備公開審判，同時向奉天帥府與南京國民政府傳送平叛捷報。南京國民政府當即通電嘉獎，稱讚東北軍“平叛神速，護土有功”，張作霖與張學良更是欣喜不己，再次電令江楓，全權負責蒙疆與察哈爾的防務，將東北軍的防禦線，從張家口延伸至錫林浩特，構築起一道堅實的西北防線。