独立师部队转入保定城内后，以两个旅的兵力，在城内与日军纠缠，利用城内以经营月余的巷战工事，消耗和迟滞日军行动，诱其余我巷战，其余部队穿城而过，在保定左右两翼预设阵地。

日军以十余万人的兵力，突入保定城内，即遭守军激烈抵抗，死伤惨重，推进受阻，只占领保定城内北部一小部分，期间，日军以联队规模，对守军进行多次突击，均告失败，独立师的巷战工事，已经修到地下，无处不是火力点，无论日军从哪个方向进攻，都会遭到交叉火力的凶狠打击。

战至下午，日军招来飞机助战，重磅炸弹把保定城炸的几近废墟，而日军飞机遭到独立师防空火力打击，在损失七架飞机之后，日军华北派遣军航空队，已经是惊弓之鸟，前几日的损失，为其难以承受，遂草草收场。

此时，独立师城内之独三旅和独五旅部队，已经全部转入地下工事，日军空中火力，未对部队造成有效杀伤，而后，日军开始进攻，守军火力一如之前密集和凶猛，日军数次攻击未果，退回城北已占地域。

唐秋离以两旅不及三万人的兵力，将日军中路主攻部队十余万人，滞留、纠缠于保定城内，可谓大胆之极，也看出独立师在保定月余的精心准备，似乎早就预料到有今日之战。

日军指挥官在中路部队与守军激战之时，所余部队约十万人，分成左右两翼，绕保定城而过，取包围保定，断其退路，全歼独立师部队于保定城内之意，不料，在保定外围，突遭独立师与之相等的兵力伏击。

激战到傍晚，日军左右两翼包围部队，在丢掉万余人之后，骇然后撤，日军指挥官企图落空，遂将全部部队投入到争夺保定城之战斗，城内激战愈发激烈，在优势日军的进攻之下，城内独立师之独三、五旅，节节抵抗，有秩序的逐步往保定南部撤退，战线于当日傍晚，固定于保定城中部一带。

夜晚，保定城内处处火光，燃烧的民房和各种建筑物，冒出滚滚浓烟，火光映红了半边天际，九月十三四日当夜，唐秋离指挥部队，撤离保定，其时，城中已经空无一人，居民全部撤离，撤退之前，唐秋离集中两个炮兵旅的火炮，突然对保定城中部和北部进行无差别炮击，持续一个小时时间。

无法预测此次炮击的效果，只接到在附近活动的特战分队报告，保定城内散发浓浓的黑烟，并有焚烧动物**之气味且极浓，疑为日军焚烧战死士兵之尸体，十四日，日军占领保定，得到的是一座空城，且遍地废墟，几近荒芜。

唐秋离在博野、温仁一带山地设下伏击圈，期望日军尾追，歼其先头部队，未果，日军并未推进，忙于在保定一线布置防线，建立伪政权，似欲和独立师长期对峙，计划旋告落空，河北战事告一段落，华北战局暂时稳定。

此次战役，为七七事变以来，规模最大之主力会战，唐秋离以十万兵力迎战日军二十五万兵力，前期歼敌两万余，后期歼敌数字约为两万五千余，此战，以独立师伤亡一万三千余人、放弃保定的代价，歼敌近五万人，以日军占领冀南重镇保定而告终，指挥此次战役的唐秋离上将和日军指挥官香月清司中将，均认为自己达到战役目的。

唐秋离认为，保定孤悬冀南，靠近平津，如鲠在喉，且为平汉路上重要节点，日军不能容忍落在独立师的手里，必定会以重兵攻占，与优势日军在保定反复争夺，独立师经不起消耗，他早有放弃保定的意图，不会因为一座孤城，而与日军进行大规模的主力决战，以独立师现下的实力，不具备和日军进行主力决战的一切条件，且达到了大量杀伤日军的目的，适可而止，相机罢手，况且，几日激战，独立师伤亡接近一个主力旅的兵力。

香月清司认为，占领保定，华北派遣军在战略态势上，占尽优势，整个冀南一带，均落入皇军控制之下，而保定所处的地理位置，似平津地区伸出的一个拳头，西击可进山西，南下可攻河南，东进可直下山东，可谓占尽地利之便，左右逢源，更为重要的，是占领了平汉铁路的一个重要枢纽。

虽然大日本帝国皇军遭受了一定的损失，也给一向狂妄的华北独立师以重创，为先前玉碎的帝国勇士们报了仇，付出的代价很值得，日军大本营和大本营代表总参谋长闲院宫载仁亲王，对保定之战，也颇为首肯。