自平羅到寧夏省城，一路順風，孫軍沒有遭到馬軍的任何抵抗，孫軍順利包圍了寧夏省城。省城之外到處都是孫軍的人馬，因馬鴻逵採取堅壁清野的戰略，使孫軍的給養髮生困難，他們找不到水喝，弄不到糧食吃。水好辦，化雪爲水，暫解燃眉之急，糧油要靠從遠道包頭運來。禍不單行，馬步芳的部隊已逼近寧夏，孫殿英無奈，只好調動於世銘、楊猴小的騎兵軍進佔中衛，堵截青海援軍。爲了緩解吃的問題，孫殿英命令餘部進攻農村，大索鄉里。這一招果然有效，弄到了不少糧食。十日內佔領了除平羅、省城之外的全部版圖。
有一日，《北平晨報》的一位記者來戰地採訪，參謀長宋敬如說：“我軍戰略是‘避實擊虛’，敵軍的所謂‘堅壁清野’可以不攻自破，十日以內定能佔領寧夏省城。”
聽到宋敬如這番話，孫殿英不寒而慄，獨坐軍帳思慮着，感到宋敬如如此低能。他自言自語着：“避實”就是不敢啃硬骨頭，“擊虛”就是專揀軟柿子捏，打仗要老是這個樣子，怎能動敵人一根汗毛?自己琢磨的結果是“避實擊虛”一輩子也解決不了問題。想到此，他又想起身經百戰足智多謀的前參謀長馮養田，老馮的“久攻不下，與已有害”的話使他越發感到問題嚴重。決心甩開這個無用的參謀長，親自督戰指揮。
這天下午，孫司令叫來劉廣德，讓他調度炮隊，對着西門炮擊。一時間萬炮齊發，西門一片火海，西門一側被炸開一個缺口。劉月亭跟在孫殿英的身後催促着：“司令，下令衝鋒吧?”孫殿英笑着得意地說：“不要着急，讓廣德的大炮把口子再撕大些。”這個命令一下，百十門大炮集中在這個口子上，不到兩個小時的功夫，炸開了四五丈寬的口子。孫殿英回頭向劉月亭使個眼色，劉月亭手握雙槍下令衝鋒。衝鋒號響起來，數十挺機槍叫起來，劉月亭喊着：“攻進城者有賞，臨陣脫逃者殺!”加強營的四五百名士兵喊殺着衝上去。
城內的馬鴻逵日夜督戰，親臨西門。他把一個團的兵力佈置在這個缺口附近，輕機槍，重機槍，迫機炮一齊開火。爲鼓舞士氣，他泣不成聲地嚷着：“孫匪軍折我宗祠，辱我妻女，不殺孫匪，誓不爲人，弟兄們衝哇!”省主席親來現場使兵士精神一振，又帶頭衝鋒更使當兵的奮勇爭先，一個衝鋒打下去，打得孫軍落荒而逃。
劉月亭手握機槍，對着敗下來的兵士就要掃射。孫殿英按住他的手說：“劉軍長莫要性急，讓炮兵多撕幾個口子，咱們再進攻。”一陣炮聲過後，城牆上又多一個大口子。孫殿英笑着說：“天色已晚，收兵!來日再戰。”
這一夜對馬鴻逵來說，是個名符其實的難眠之夜。一夜內連連向蔣介石發了三次電報。前兩封電報和先前的電報一樣如石沉大海，於是狠狠心，撕開面皮，在電報上和蔣介石說了幾句絕情話。
“……孫匪軍連日攻城，寧夏城危在旦夕，總座若不回電，鴻逵走投無路，只好與孫匪商定城下之盟，吾願獻出城池，讓出省主席一職，唯願孫殿英通電宣佈寧夏獨立，鴻逵死而足矣。”
蔣介石此時已進入夢鄉，侍衛參謀送來電報，他滿臉的不高興，嘴裡罵着“娘希匹”，還是把電報看了一遍。他本想把電報擲於地上，但看最後一句，不禁暗暗吃驚。這一把掌打在他的痛處。表面上他已把中國統一到晴天白日旗下，實際上黨外有黨，黨內有派。廣西的桂系，山西的閻錫山，東北的張學良，還有馮玉祥的一些舊部仍然手握軍權，寧夏獨立，全國震動，照此辦理，中國必然四分五裂。想到此，他口授一封電文，命人立即拍發。
馬鴻逵望眼欲穿，終於等來了蔣介石的電報，像撈到一根救命稻草一樣抓住電報久久不放。電文寫道：
鴻逵吾弟：
稍安勿燥。已命綏遠省主席傅作義、山西省主席閻錫山統兵十萬，抄敵後路，吾意已決，撤銷孫殿英本電文收兼各職，十日之內，定有消息。
馬鴻逵捧着電報吼着：“十日，十日，再過十日我已成孫麻子的刀下之鬼了。這個蔣光頭，真不是東西。”
次日清晨，孫殿英領着一班戰將來到陣前，猛然間見昨晚被炮火炸開的城牆缺口早已修補完好，這使孫軍將領大惑不解。原來回軍已感到這是一場殊死的戰鬥，城內作好了各種準備。昨晚一邊向缺口處墊土，一邊澆上熱水，零下40度的氣溫，片刻之間水土便凍結成塊，新補之處比原來的城牆要結實十倍。
孫殿英正在憂慮之時，旅長謝福田獻上一計。
謝旅長說：“司令，馬鴻逵急切盼望救兵，我旅可扮作馬步芳的隊伍，騙進城內，打他一個城內開花。”
孫司令感到此計可行，但一旅之衆難以騙得敵人，隨即又調撥兩個旅歸謝福田指揮，準備以三旅之衆殺進城去。爲了迷惑敵人，孫殿英命令劉月亭軍、楊克猷軍猛烈攻城，戰況空前劇烈，炮聲隆隆，殺聲震天。孫軍一度爬上城牆，在城頭展開撕殺，幾經搏鬥又被回回軍趕下城去。孫軍一邊攻城，一邊向城內打炮，大街上的房屋多被摧毀，幾處起火，火光映紅了天空。馬鴻逵氣得眼中冒火，親自端着機槍向城下掃射。打得難解難分之時，忽然從西南的遠方殺來一支人馬，高揚的大旗上楷書一個馬字。馬鴻逵一看，內心十分高興，大聲對士兵說：“兄弟們殺呀，我們的援軍來了!”這支人馬進入陣地，孫軍人馬落荒而逃。馬軍一直向西門殺去。馬鴻逵命人開了西門，準備出城迎接援軍。但爲首的一旅是謝福田的人馬，在黃渠橋一戰交鋒中，正是守西門的這團人馬，有人認出謝福田，馬上告訴馬鴻逵。馬主席大吃一驚，細細看來越發不像回族的軍馬，又命關閉西門，在城上向謝福田旅猛烈射擊。謝福田的人馬雖有防備但距離太近，急急回軍也死傷了不少士兵。
一天鏖戰，孫殿英精疲力盡，入夜，飯也沒吃便倒在牀上想心事。馬步芳的隊伍已到中衛，於世銘、楊猴小軍正在激戰，寧夏城堅固難攻，腹背受敵爲兵家大忌，怎不使這位司令坐臥難安?正在這時，張副官走進帳內，對着孫司令的耳朵悄聲說了幾句，頓時見孫殿英臉色蒼白，頭上冒汗，說聲：“這個王八蛋，我殺了他!”便一頭昏倒在地上。
城內寧夏省主席府的大廳裡，燈火通明，熙熙攘攘，馬鴻逵在宴請兩位客人，一位是孫殿英的師長丁伯庭，一位是丁伯庭的旅長楊幹卿。丁伯庭，40出頭，陝西咸陽人，滿臉鬍子，五短身材，一臉的不高興。楊幹卿，30多歲，包頭人，回族，白淨面皮，魁偉挺拔，一副幹練的樣子。
馬鴻逵端起一杯酒對着大家說：“多事之秋，貴人相助，歡迎丁將軍、楊將軍棄暗投明到我們這邊來。現在我宣佈：楊幹卿爲寧夏省城少將警備司令；丁伯庭爲我們十五路軍中將參謀長，爲二位將軍的到來乾杯!”在場的人一飲而進，唯有丁伯庭站着不動。
馬鴻逵拍着丁伯庭的膀子說：“丁將軍，我馬某人不會虧待你的，你看看這個。”說罷把蔣介石的電報展在桌子上給丁伯庭看。丁師長看後不相信這電報是真的，但也不好明言，只是笑笑，對衆人說：“謝謝馬主席的款待，我丁伯庭並非不識擡舉，爲人在世總得講個忠義，孫司令待我恩重如山，我唯有一死報答司令，請馬主席和諸位成全我。”馬鴻逵立即變了臉，桌子一拍喝道：“不識擡舉的東西，押下去!”衛兵們推推搡搡把丁伯庭向大廳外推去。行至門口丁伯庭回首一揖：“馬主席，謝了!”大步揚長而去。
楊幹卿是丁伯庭部下的一個旅長，因爲他是回族，有極強的民族性，對孫殿英攻打寧夏十分不滿。恰遇一件事情使丁伯庭與他之間矛盾重重，便產生了叛離之心。
部隊在陽高駐紮時，有人向楊幹卿報告說有兩個團長和幾個營長在一家旅館賭錢。賭博在部隊中是明令禁止的。他馬上帶着一班衛士前去抓賭徒，不料這些團長營長們早在四周布了哨，所以楊幹卿一到，賭徒早跑得無影無蹤。楊幹卿心猶未甘，發現這些人的衣物尚在室內，命人抱回旅部。兩個團長中，有一個團長叫魏月恭，是孫殿英夫人魏氏的侄子，自恃勢大，平常就不把楊幹卿放在眼裡。這一次見楊旅長得理不讓人，決定鬧騰一翻。兩個團長和四五個營長找到師長丁伯庭說：“旅長這樣不給我們面子，我們還有什麼面子帶兵呢?乾脆讓我們請長假吧!”所謂請長假就是辭職不幹，大戰在即丁師長怎敢允准，況且有魏月恭在內，不看面子是不行的。於是輕描淡寫地說了幾句了事。之後他又把楊幹卿叫來勸說：“團長，營長是你手下的骨幹，要通過他們才能把部隊帶好。你去抓賭，他們走了說明他們對你這個旅長還是敬畏的。在這種情況下，不應該抱走他們的衣物。換句話說，你就是當場抓到了他們，還不是訓一頓了事，因爲這點小事還能把他們撤職嗎?既然不能撤職，你把事情鬧公開了，他們在部下面前還有什麼威信呢?依我看大事化小，把衣物悄悄還給他們，彼此認個錯吧!”
楊幹卿聽說部下先告了他一狀，心裡很不是滋味，現在又受了師長一頓埋怨，還要“彼此認個錯”，就更加難受，再加上想起魏月恭目無尊長的所作所爲又憋了一肚子氣，有理三扁擔，無理扁擔三，在這個部隊還有什麼前途?
孫殿英大軍圍困寧夏省城期間，馬鴻逵與楊幹卿暗送秋波，一次給楊送去百兩黃金。楊幹卿雖則砰然動心，但孫殿英勢大,馬軍力單，楊沒有立即行動。馬鴻逵又送去委任楊幹卿爲省城警備司令的委任狀，送去蔣介石發給他的電報，這才使楊幹卿決心一定。
俗話說沒有不透風的牆，丁伯庭聽說楊幹卿與馬鴻逵來往之事，悖然大怒。正要派人捉拿楊幹卿，楊幹卿卻找上門來，用手槍頂住丁師長的腦袋，協迫他率師向馬鴻逵投誠。除魏月恭一團逃離之外，丁伯庭的全師人馬一起開進寧夏省城。
孫殿英醒來之後，前線又傳來中衛吃緊的消息，馬步芳的部隊幾次突破防線，又被於世銘趕了回去。此時想起三姨太的話，真是後悔莫及。如今是騎虎難下背，只好硬着頭皮打下去。他召來軍師以上將領，作戰前動員：“弟兄們聽着，中衛戰事吃緊，楊幹卿協迫丁師長向馬鴻逵這小舅子投降，寧夏城這一戰不是魚死就是網破，只有打勝纔有前途，要不然我們全完了。我孫殿英不會虧待弟兄們，破城之後大索三日，我軍在寧夏城過個肥肥實實的春節。”
聽了大索三日的話，將領們興奮起來，先前攻破亳州城，大索三日，孫軍上下都發了橫財。此時他們躍躍欲試，準備大幹一場。
這一天戰鬥一開始，便進入白熱化狀態。將領認真督戰，士兵們拼死賣命，城牆被炸開了，一羣羣孫軍衝進去。馬家的回回軍也在奮力反抗。衝進去的孫軍被趕回來，趕回來又衝進去。一個上午三進三出，寧夏省主席馬鴻逵的心已經提到喉嚨眼上，膽戰心驚。
日近正午，天上飛來三架飛機，臨近寧夏城的陣地，飛機上的傳單雪片似的落下來。整個孫軍的陣地，落滿了傳單。張副官拾起傳單遞給孫殿英忙說：“總司令，請你過目。這是中央的信。”
孫殿英大怒，罵着：“你小子也戲弄我，你不知道我是個睜眼瞎，念，快念!”
……第九集團軍總司令孫殿英不尊軍令，私意侵佔寧夏，滋事擾民。爲嚴明軍紀，維持治安，撤去孫殿英本兼各職，所屬各部縮編整訓，孫殿英本人撤職查辦，監督反省!
此令
中華民國軍事委員會委員長蔣中正
孫殿英聽了，氣衝斗牛，不禁破口大罵：“蔣光頭，我日你奶奶，你小舅子不得好死，我孫麻子與你誓不兩立!”這個司令轉念一想，光罵也不是辦法，唯一的辦法是攻破城池，佔住地盤，只要我有槍有人有地盤，你蔣光頭能把我怎麼樣!他走出軍帳，鼓勵戰士奮勇衝鋒。
天上的三架運輸機不見了，代之而來的是三十多架轟炸機，它們在孫軍的陣地上投彈掃射。本來飛機的殺傷力並不大，但它們是國民黨中央的飛機，這些士兵也見過剛纔的傳單，已經心灰意冷，喪失了鬥志。
孫軍停止了衝鋒，城上也中止了槍聲。馬鴻逵在城頭上對士兵高喊：“中央宣佈孫軍是叛軍，蔣委員長對孫殿英要撤職查辦，孫軍在我寧夏罪惡滔天，罄竹難書。各部將領整訓部隊，立即準備殺出城去，報仇雪恨!”
馬軍人馬士氣大振，磨刀擦槍，準備大戰一場。恰在這時，孫軍守衛中衛的於世銘軍潰散下來，先是楊猴小的馬隊，後是於世銘的步兵。城下的陣地被敗兵一衝，頓時慌了手腳，也跟着跑了起來。孫殿英見大勢已去，立即傳令轉移，許多部隊不待命令下達，自動向北潰逃。兵敗如山倒，孫殿英明知難以制止，對敗兵也不約束，親自率領他的衛隊營和手槍團屹立陣後，充任全軍後衛，邊與追敵接觸，邊掩護全軍撤離戰場。
孫軍在退卻途中，各部隊亂了建制，難以掌握，人馬自相踐踏，爭橋奪路拔槍拼殺，或遺棄屍體於道旁，或丟拋軍物於四野等等慘狀，不言而喻。經過兩天兩夜的奔跑，到達石嘴子附近。前面一批人馬攔住去路，這是閻錫山、傅作義的部隊。他們奉了蔣介石之命，截攔敗兵禁止進入綏遠和山西。這裡西邊是賀蘭山，東邊是黃河，河東是棹子山，從南到北是一條狹長的河谷，孫軍前有重兵把守，後有馬軍追擊，真是上天無路，入地無門，許多士兵都陷入絕望之中。
孫殿英膽大心細，不失大將風度。他騎着戰馬在人羣中穿梭，邊走邊喊：“勝敗是兵家常事，失敗是成功他媽，俺老孫一向不怕打敗仗，怕的是大家心灰意冷。各部隊火速尋找失散人員，重新集結隊伍，只要拿好手中的槍，跟着我老孫，就一定有辦法。”爲了進一步安定軍心，他又說：“萬一中央遣散我們，也不能叫兄弟們捱餓，可以到包頭我軍的辦事處領錢，每人至少五塊大洋，軍官會多些。久以後我若重新出山，歡迎兄弟們去找我。”孫殿英的話還真靈，經他一動員，半天功夫部隊整頓完畢，查點人數，還有四萬之衆。
入夜寒風陣陣，河谷裡聚滿了孫殿英的兵，有的燃起篝火，圍着大火說笑，有的在帳蓬裡談天。劉月亭還有心思和官兵摸麻將。孫殿英見軍心稍定，也放下心來。自己和官兵一樣，同在此荒野的河谷中，打起帳蓬，身臥荒草，咬緊牙關和大家度過這艱難的時光。這時候孫殿英真想見到師爺謝明武，問問那個夢是怎麼圓的，可惜兵荒馬亂之中謝師爺也不知去向。
孫殿英兵敗於臘月28日，從寧夏退至石嘴山河谷，被圍困一個月之後。蔣介石作出對孫軍的處理決定，責成山西省主席閻錫山、綏遠省主席傅作義監督辦理。決定爲：一、撤消孫殿英本兼各職，交閻錫山監督反省。二、所有軍隊幹部降級使用，士兵淘弱留強，編余官兵無條件遣散回原籍。三、將孫部縮編爲四個旅，即一一七旅、一一八旅、一一九旅，騎兵旅稱騎兵二十四旅，均屬中央直轄，分別調保定、鄭州、許昌整訓。
此時的孫殿英虎死威在，處事冷靜，對遣散的官兵好言安慰，並把包頭辦事處集存的現金全部分給他們，這對以後孫殿英復出，舊部東山再起，奠定了一定的基礎。