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沽源防线是由三十三军第四师及第五师第十三旅防守，由于是草原地区，沽源的正面是辽阔的草原开阔地带。沽源的防守工事是利用沽源城及前出大约5公里，组成了相对纵深的防守工事。此处的交通战壕纵横交错，坑道和暗堡比比皆是，形成了相对完整的防守体系。
由于日军在沽源和兔儿山防线，担任空中掩护的轰炸机支援作战不力，主要是北平南苑机场距离沽源太远，日军飞机在沽源滞空时间太短，因此日军轰炸机的空中打击大打折扣。如此，沽源防御作战，一开始就投入了炮兵部队参加防守，由此对于日军的进攻起到了相当大的遏制作用。野战第一炮兵师分别有两个团在沽源和兔儿山参与防守。
沽源、兔儿山防线，日军是在张家口打响后第二天，才发动进攻的。日军动用第12师团对沽源防线发动进攻，动用14师团对兔儿山防线发动进攻。而骑兵第一军第四师白虎臣部的两个骑兵旅，担任协防，主要是防止日军在沽源、兔儿山之间的结合部实施偷袭作战。另外，白虎臣的另一支骑兵旅担负沽源和张家口之间的协防任务。由于大马群山横贯沽源和张家口一线，兵形成天然的屏障，因此这支骑兵旅的协防任务相对比较轻松。
激烈的战斗已经打了5天，沽源、兔儿山防守部队，有效地遏制了日军的疯狂进攻。放眼望去，日军的坦克和装甲车在前沿防守阵地前横七竖八，被击毁的残骸遍地都是。5天时间日军损失了一支战车大队。日军的进攻重点转向张家口后，为了减少伤亡，日军由密集进攻队形改为散兵线进攻。日军的目的就是不断地消耗守军的实力，为南线攻占张家口争取时间。
针对守军的炮兵，一开始日军展开了炮战。说来有些意外，日军的75毫米野战炮，其射程比己方大炮少将近1000米。别小看这一千米，在炮战中日军的炮兵吃了大亏。由于空中支援作战不利，不能有效地摧毁我方的炮兵阵地和压制我方的炮火，所以才造成日军进攻部队进攻乏味。
蒙疆占领军司令官西尾寿造意识到空中打击的重要性，一方面督促多伦野战机场加快筹建速度，一方面上报大本营在东北征调重炮部队。果然不出所料，司令官加强张家口进攻，减弱沽源、兔儿山进攻，其目的就是为重点进攻察哈尔创造条件。目前他把位于赤峰的后续师团陆续向多伦集结。西尾寿造不是傻瓜，他同样清醒的看到，攻占张家口后，沽源防线和兔儿山防线不攻自破，因此他认为没有必要再消耗下去，因此他下达了在沽源、兔儿山一线佯攻作战。
沽源城师指挥所，五师师长李清源手里拿着望远镜向前方查看，前沿阵地硝烟弥漫，前方的情况看的不是十分清楚，但是他依然固执的向前探视。“师座！日军的进攻又被打退了。日军连续5天的集团进攻，今天好像攻势减弱了，不知日军耍什么花招。”师长李清源说：“以不变应万变，通知前方部队，一线兵力可以适当的撤出来一部分轮换休息，或许是日军准备更大的进攻。”
不一会儿前沿阵地情况反馈回来，早7时在主阵地，日军投入两个大队兵力，坦克出动20辆，装甲车出动15辆。日军前行500米处便停止了进攻。日军在原地只是小规模的进攻了几次，然后采用密集火力向阵地射击。两个小时后日军撤退。前线报告，在炮兵部队的支援下，日军没有进入前沿阵地300米以内，因此我部仅采用迫击炮进行还击，情况大致就是这样。
这时，一名作战参谋上前禀告：“报告军座！战区司令部来电！”李清源接过电报仔细浏览了一遍。他放下电报说：“司令部告知，日军重点进攻转向张家口方向。电报说我部正面压力减少，要防止日军出动骑兵部队在沽源和兔儿山防线的结合部实施报复偷袭。看样子张家口防守的压力倍增，狡猾的日军要集中力量突破。”
参谋长说：“如果张家口防线失守，沽源和兔儿山防线也就失去了阻击的意义，我担心坚守一个月恐怕难以达到预期目的。”李清源说：“这不是你我考虑的问题，上峰自有安排。现在咱们抓紧时间补充兵员，负伤的士兵向后方转运。另外，不能让日军消停，组织小股部队利用夜晚对日军进行骚扰作战。”“是！我亲自去组织突击队！”说完参谋长离去。
沽源后方一处炮兵阵地，不少士兵戴着钢盔、光着膀子正在休息，方才他们对前沿阵地实施炮火支援，显然大家都累得够呛。“妈的！还是在一线拼杀过瘾，咱们一个劲的开炮，就是看不见鬼子的身影，真他妈遗憾！”一名光着膀子、体阔腰圆的投弹手不满说。“我说大个子，你的块头太大了，你要是上前沿目标太大了，恐怕这功夫你早去阴曹地府报道了。”“就是嘛！就你这块头早就是鬼子的目标了。”两名士兵调侃说。
大块头说：“你们是不是看扁我了，就我这身体上来三五个鬼子不在话下，你们谁行。”，“行了，你就别吹了，听说鬼子的枪法特准，一发子弹就要了你的命，你没有机会和鬼子肉搏，还是老实干你的炮兵吧！你多输送几发炮弹，比你肉搏要实惠的多，”另一名士兵趁机打击他。
大块头自豪的笑笑说：“就是嘛！我一个人顶你们俩。你们分析一下，这两天日军为什么没有出动飞机？”一名士兵幽默说：“大概是日军飞机下蛋下累了，需要休息休息！”众人闻听不由得笑了。这时炮长走过来说：“大块头！闭上你的乌鸦嘴，日军的轰炸机你没有领教够哇！马上收拾炮弹壳，我们立即转移阵地。”大块头嘟囔说：“炮长！今天没有日军飞机，干嘛要转移阵地！”“这是上峰的命令，执行吧！”
前沿某战壕，当空的日头火辣辣的。一名火头军挑着担子从后面的交通壕走进。“今天吃什么？”一名年轻的士兵问，火头军笑呵呵说：“愣小子就你嘴馋，今天是大米饭、羊汤。”年轻士兵一声欢呼，他是陕西人，羊汤就大米饭是他的最爱。年轻的士兵很快盛满了两饭盒大米饭，接着盛满了两饭盒羊汤。
年轻的士兵端到一名靠在战壕墙上、年龄大约40岁左右、满脸大胡子的老兵面前说：“大叔，赶快趁热吃吧！羊汤要是凉了就不好吃了。大胡子伸手接过饭盒说：”你小子是饿死鬼托生的，一天竟想吃，这功夫我还不太饿那。。”年轻的士兵说：“大叔，你有所不知，我是陕西绥德人，我们那里太穷。我听说山西部队吃得好、穿得好，我是偷偷跑到山西来当兵的，整整三年，我在部队学习了文化，今年上前线前，我自己写了一封家书，把部队的情况告诉了我爹、我娘，他们要见到我写的家书不知有多高兴那。听说现在家里的生活也好了。”
二人靠在战壕很快吃完了饭，大胡子拿出烟袋锅准备吸烟，年轻的士兵掏出香烟递过来一支说：“还是抽这个吧！”“我抽不惯，还是旱烟有劲。”“大叔，每天发一包香烟，你都攒起来有何用？”“你小子不会过日子，等战争结束后，这些香烟都能变成钱。当年军队整编我去了军垦农场，不满你说我是一名孤儿，十几岁就当兵，压根没有想到能娶妻生子。我的儿子已经三岁了，他们在农场生活的很好。即使我战死也满足了，这些香烟就算给儿子留点念想吧！”
说到战死年青的士兵脸色阴沉说：“前天，我的两个老乡都战死了，说不定那天轮到我了。大叔，你说怪不怪，作战时面对鬼子的进攻和头上的炮弹不知道害怕，战斗结束后反而感觉后怕，这是怎么回事？”大胡子笑说：“弟兄们都这样，其实我也是这样，面对鬼子的进攻你不可能有别的心思，闲暇下来反而想入非非。行了别想那嘛多了，战斗时要头脑灵活，注意保护自己，也许你命大福大看到咱们胜利的那一天。”
话音刚落，突然天空中传来啸音，大胡子马上说：“日军炮击了，快进猫耳洞。”20分钟后日军的炮击结束，大胡子和年轻士兵各自趴在防守位置向前方查看。日军进攻部队进入500米左右又停了下来，接着日军组织火力向前方阵地射击。“妈的，小鬼子这是玩的那一处，和上午一样怎么不进攻了，”年轻人一边问，一年爬到大胡子身旁。
这时一发子弹击中了年轻人的钢盔，年轻人吓得一缩脖。大胡子说：“妈的！小鬼子也知道害怕了，这是鬼子玩的骚扰作战，今天老夫就开开荤。”说完大胡子抄起身旁缴获的日本三八步枪说：“日本的三八大盖射程远，在这个距离非常有效，美中不足的是被三八大盖射中很少毙命，只是贯穿伤。”说完，大胡子把准星瞄向一名日军的机枪手，伴随一声清脆的枪声，那名日军机枪手倒在地上······。
下午日军发动了一次进攻又撤退了。师指挥所，参谋长向师长汇报：“师座，夜晚针对日军骚扰作战的偷袭小分队已经组织好，共组成了10支小分队，每支小分队20人。为了避免小分队出现危险，我命令小分队一律携带轻型迫击炮，对日军营地实施突然打击。”李清源说：“很好！变被动防御为主动防御，我要日军一刻也不得安生，命令小分队午夜时分发动偷袭作战。”
当晚6时，李清源接到侦察部队报告，在沽源和兔儿山结合部6号地区发现日军大批骑兵部队。李清源电令白虎臣部，立即在6号地区寻找日军骑兵，要坚决挡住日军骑兵，不能让日军骑兵越过防线出现在后方。
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