晋北绥西失陷后,骑兵第五军(何柱国)第六军(门炳岳)和东北挺进军(马占山)自1937年11月起,共同对日军游击,抗击日军进攻。归绥、包头失陷后,中国军队在五原、临河一带阻敌西进。为统一指挥,军事委员会于该方面设立第八战区,统辖甘肃、宁夏、绥远三省部队继续抗战。战区司令长官先由蒋介石兼,后由朱绍良担任,傅作义、马鸿逵任副司令长官。1938年时,傅作义仍为第二战区北路军总指挥。
包头失陷后,马占山部原在后套地区包头一五原公路以南地区。
因河西七旗受敌威胁利诱,态度曖昧,军事委员会为防不测,于1937年11月上旬,令马占山率挺进军各部由五原转移至黄河南岸东胜,转向托克托及萨拉齐(今土默特右旗)一带活动。挺进军于11月9日出发,15日到达东胜集中,随即向盘踞在萨拉齐县一带之蒙伪军游击第队森盖部进剿。18日,伪军向乌泗壕(康王府)溃退。马占山部攻入康王府俘获康王以下多人。继而马部向托克托县推进,11月下旬进至沙克图。为巩固河西,马占山除镇抚各旗外,并派遣游击支队渡过黄河北岸,在托克托、萨拉齐两县间活动。主力在沙克图地区整训。
1938年2月,马占山部辖骑兵两个师及一个旅,约五千余人,在河曲以西之大营盘东胜、哈拉寨、沙克图地区活动。托克托敌军于21日向挺进军基地沙克图之大营盘进攻,马部迎击,战至24日,大营盘被敌攻占,但咀叽壕方面敌军主力被重创,向托克托退却,马占山部27日收复大营盘。4月,为配合徐州会战,第二战区指挥晋北和绥远作战的北路军总司令傅作义制定规复绥远省计划,分右翼、中央、左翼三路击敌。马占山挺进军与傅作义直接指挥的第三十五军等部,被编为中央军,4月下旬开始进攻。
中央军21日攻占清水河,攻占清水河后,向归缓进攻,26日攻克和林格尔。原驻绥省的日军准备增援津浦线之第二十六师
团,先已集中大同,此时主力回师归。日军在凉城、萨尔沁与中央军激战至29日,受创北退。中央军所辖之挺进军,与主力同时北进,4月下句活动于武川附近。但挺进军主力4月底在武川以南之乌兰不浪被敌击败,转移到固阳南之河南五分子。
日军复由百灵庙(今达尔罕茂明安联合旗)、武川分路进军围攻,挺进军受创甚剧,遂向五原以南之西土城方面转移,收容整补。此战即为一些著述记载的刘桂五师救援马占山,作战牺牲于黄油杆子之役。关于此役刘桂五牺牲的地方(黄油杆子)究竟在哪个地境,现在有四种说法:一说在武川,一说在百灵庙南,一说在安北县(今乌拉特前旗),一说在固阳附近。如果《抗日战史》所载之乌兰不浪地名不错,那么应为武川县境内。据马占山所撰哈拉寨抗日忠烈祠碑文叙述:“本军诸将士之为壮烈牺牲者亦众矣,抑尤以武川黄油杆子一役为尤惨。”黄油杆子当在武川无疑矣。
此战日方亦有记载。日本战史写道:“阴山山脉地区的讨伐也极为困难。在该地带,曾追击过马占山,结果功亏一篑地被他跑掉。马占山于满洲事变后,逃窜到黄河南岸鄂尔多斯,依附于重庆方面,企图伺机东山再起,并于1938年4月破坏京包线之后,遁入阴山山脉地区。
第二十六师团击败马占山,继续追击,企图割下马占山的首级,虽然歼灭其警卫连,但未能捉到马占山。
由于地域广阔,多属未开垦地,难得捉住敌人的机会。”8月,为策应武汉会战,统帅部令各战区加强敌后游击。绥西部队亦向当面之敌不断攻袭。东北挺进军附热河先遣队主力,在哈拉寨以北地区整理,一部在托克托、察素齐(今土默特左旗)、萨拉齐地区游击,破坏交通。马占山所属之第二十一军团(邓宝珊)及达齐王府先遣队,在萨尔沁、包头地区游击。