卢沟桥事变后，日伪势力深入绥西，日军增兵包头，不断出动飞机轰炸宁夏，给宁夏人民生命财产造成巨大损失，同时也威胁马鸿逵政权，宁夏有被日军侵占的可能。为此，马鸿逵开始在军事上加强北部防御力量。自1937年冬天开始，在石嘴山一带分四期修筑国防工事。在石嘴山尾闸一带挖掘宽深数米的壕沟，上面覆盖浮土伪装，以阻止日军装甲车及重型武器通过；磴口、三盛公以北百余里内，断绝一切主要道路，横挖深壕，破坏日军进入宁夏的通道；宁夏北部黄河渡口两岸及贺兰山通道，均削为陡峭立壁；重要的通道口设置阻绝阵地，隐藏埋伏炮兵，阻击来犯日军。
抗日战争全面爆发后，西北诸马的武装分别被编入第八战区军队序列，马鸿逵的第十五路军和马鸿宾的三十五师（后扩编为国民革命军陆军第八十一军）组成第十七集团军，马鸿逵任总司令，马鸿宾为副总司令兼八十一军军长。1938年春，八十一军在永宁县望洪堡举办军官训练班，全军连长、营副两级基层干部参加集训。在开学典礼上，马鸿宾身着戎装，要求军人“要有民族观念，国家观念，时时刻刻记着国家至上，民族至上，保土卫国，尽职守责。在战场上要能攻能守，要有与阵地共存亡的思想准备和抗战到底之决心。”马鸿宾还与受训军官一起研究对付日军的具体战术。八十一军的军官集训提高了全军的抗日意识和战斗素质，为反击日军侵略作了准备。1938年5月，因绥远防务空虚（当时绥远省主席傅作义部退守山西），大部分地区被日伪军占领，国民党中央任命马鸿宾为绥西防守司令。马鸿宾率所部八十一军和马鸿逵部两个骑兵旅、1个步兵旅，赴五原（今内蒙古自治区五原县），统一指挥退入绥西的各派系抗日军队。其任务是阻止日军向西进犯。
马鸿宾到五原后，召集各方部队长官共商抗日防务。绥西各军派系不一，互不相属，防务上多抱避险求安的态度。马鸿宾便以其部八十一军主力三十五师布防在五原东北乌布狼山各要隘，担任第一线防守任务，以马鸿逵部3个旅分布于五原至狼山一线，担任后援力量。1939年夏秋之交，日军坂垣师团一部在装甲车、坦克的掩护下，由包头向西进犯。八十一军参谋长马惇靖亲临乌达镇前线指挥。日军进至八十一军阵地前，以猛烈炮火轰击，八十一军以八二迫击炮还击。由于马部是旧式迫击炮，一发射就冒烟，暴露目标，日军立即向八十一军炮兵阵地倾泻了200多发炮弹，立时将马部炮兵阵地打哑了，失去了还击能力。日军趁势在大炮、机枪的强大火力掩护下，乘汽车、坦克、装甲车蜂拥而来。八十一军固守在工事里，等日军进入有效射程之内正在下车时，二○六团一营官兵突然从工事里跳出来冲入敌阵，展开了肉搏战，把日军打得晕头转向，有的还没来得及下车就被打死。下了车的日军被打得死的死伤的伤，剩下的掉头爬上军车仓皇逃走。日军遭到有力打击后被迫撤退。在这次战斗中，八十一军缴获日军汽车2辆、炮弹百余发、子弹几十箱，还有枪支、指挥刀等。绥西抗战，首战告捷。此战的胜利，鼓舞了士气民心。当所获汽车开进五原县城时，老百姓热烈欢呼，在汽车上贴满了各种庆祝胜利的标语。当地有位老艺人还编了庆祝胜利的歌曲在街头弹唱：“咱们老西军（指马鸿宾八十一军），打起仗来真能行。打跑了日本兵，缴获汽车拉进五原城，全城百姓庆祝又欢迎。依靠咱的老西军，打败日本兵，百姓得安宁。”
该年秋后，山西形势趋于稳定，退守山西的绥远省主席傅作义率部重返绥西，建立第八战区副长官部，统一指挥绥西军政，积极准备发动反攻。为配合全国冬季攻势，傅作义决定袭击日军重要据点包头，以牵制华北日军。包头战役以傅作义部三十五军新编三十一师为主攻，马鸿宾部八十一军三十五师为策应。在周密的部署下，12月20日，傅部新编三十一师孙兰峰部一举突入包头城，日军猝遭袭击，惊惶失措，死伤千余人，四处逃窜，城内辎重尽失。随后傅作义指挥部队主动撤向绥西后套，诱敌深入，以利再战。包头之役，令日军大为恼火。于是便从张家口、太原、大同等处调集3万多日军，配以军车、装甲车、坦克1500多辆、飞机数十架及伪蒙军6个师，共约4万多人，由黑田师团长指挥，于1940年初向绥西大举进犯，企图一举攻占内蒙西部、南部地区。面对优势日军，我绥西军民坚壁清野，采取运动战与敌周旋。具体部署是：门炳岳部骑兵第七师在西山嘴、马七渡口地区阻击日军，然后转向黄河右岸，威胁敌军左侧；马鸿宾部三十五师及马鸿逵部骑一旅于乌布浪口、乌镇一带构筑阵地，阻击敌人后转入狼山，威胁日军右侧；傅作义部三十五军集结五原西北，机动打击敌人；其他部队选择有利地形，随时扰乱疲惫敌人；后勤留守人员转移到磴口、石嘴山地区。在昔日杨家将抗金的狼山山前，又摆开了千里战场。
乌布浪口，系蒙古语“乌不拉克”之转音，意为大小泉之口，在今乌拉特中旗境内南部，处于乌梁素太、德岭山乡和温更苏木交界地带，两山夹一口，位置十分重要。乌布浪口战斗打响时，马鸿宾赴重庆参加军事会议，由三十五师师长马腾蛟指挥。1940年1月31日上午8时许，日军开始向四仪堂正北、乌布浪口正东的枣树林子大沙漠集结兵力。其先头部队经马部四仪堂阵地前时，先用3架飞机在二○五团阵地上空盘旋侦察轰炸，接着又用大炮轰击。之后，在飞机、大炮的火力掩护下，日军的坦克、装甲车、汽车向乌布浪口做试探性的进攻。日军4辆坦克开进二○八团阵地前接触仅10多分钟后，3辆坦克调头往回跑，1辆在原地不动。防守在战壕里的马部官兵误以为这辆坦克被打坏开不走了，便跃出战壕向这辆坦克冲去。不料这辆坦克突然扫射，打死10多人后又调头东去。
日军在进行了一系列侦察性进攻之后，集结在枣树林子大沙漠的车辆已近300辆，开始向四仪堂、乌布浪口阵地发动进攻。八十一军阵地前已按马鸿宾的命令，挖有宽、深各3米的一道防御壕沟，从乌布浪口的山脚下一直到黄河北岸，长约10公里。壕沟前还有50米宽的陷坑地带。这些工事对防御敌人机械化部队有良好的作用，但也易被对方用作掩体，对己方不利。双方激战到天黑，伤亡惨重，难分胜负。在四仪堂阵地上，从上午到夜间9时许，二○五团一营一连连长丁良玉负伤，次日身亡，排长、班长、士兵阵亡30多人。营部文书薛万有被炮弹击中，血肉横飞，身首异处。马部官兵虽伤亡惨重，但仍固守阵地。日军久攻不下，竟用飞机利用顺风不断施放毒气，马部虽事先准备了简易的纱布包锯末的防毒气口罩，但因毒气太浓，仍有不少人头痛、胸闷、呕吐，战斗力大为削弱，情况越来越危急。夜间10时许，马腾蛟师长令二○六团二营营副马建功率领两个连从乌拉脑包出发，经四仪堂增援。马建功在激战中被手榴弹炸死，两个连拼死摆脱敌人，终于和二○八团汇合。敌人发觉后，便增加兵力，加强进攻。夜间11点半，二○八团阵地被突破，但敌人未敢贸然前进。次日黎明战斗再起，四仪堂阵地的战斗仍十分激烈。马腾蛟令二○六团第一营增援四仪堂阵地。增援部队通过一段三四公里的开阔地带时，遭到日军炮火的猛烈轰击，伤亡惨重。但部队还是冒着炮火、弹雨、浓烟，冲破敌人火力封锁，到达阵地。乌布浪口与四仪堂两个阵地联合作战，继续给日军以有力的打击。坚守四仪堂的二○五团与日军展开了刺刀战，官兵们的刺刀捅弯了，就抱住敌人用牙咬，或拉响手榴弹与敌人同归于尽。部队已是两天两夜没吃没喝，加之天气严寒，饥寒交迫，人困马乏，伤亡惨重。战斗打得异常激烈悲壮、坚苦卓绝。马鸿宾后来回忆起这场战斗时说：“举世闻名的台儿庄、长沙等战役，国军英勇奋斗的精神，亦不过如此。”
下午，日军集中力量突破四仪堂阵地，并迂回马部右侧。马部向后撤退，遭日军地面部队追击和飞机扫射，伤亡千余人，被迫转入沙漠地区。在流沙中继续与日军周旋，再度歼敌200余人。经过6天6夜的艰苦行军，部队顺利返回磴口驻地休整。当时在重庆开会的马鸿宾闻悉军事失利，立即飞返宁夏赶往磴口，组织抢救伤员，将部队重新组成两个团，补充了装备，休整数日，由旅长马培清率领，重返绥西前线，协同友军作战。据战后统计，马部三十五师原有5000余人，在乌布浪口战斗中牺牲千余人，伤2000人，其中冻伤者就达700人。1940年5月，当三十五师重返五原乌布浪口阵地时，当地百姓自发地用极其隆重的安葬仪式，重新埋葬了千余名回汉族英烈们的忠骸，并立了石碑。
日军占领五原后，认为绥西中国军队已溃不成军，短时间内难以恢复战斗力，且其战线过长，补给困难，于是便以五原为中心，留一个日军联队及伪蒙军4个师共1.5万余兵力驻守河套，其余部队向东收缩。日军主力撤退后，傅作义决定组织战役，收复五原。1940年3月，他令其部三十五军为主力进攻五原，马部八十一军由绥西开往伊克昭盟北黄河南岸之达拉特旗一带，构筑工事，阻击包头增援日军。3月20日夜12时，傅部三十五军同时向五原、梅岭庙、新工中等地日寇据点发起进攻。双方激战两天，我军终于收复临河、五原，击毙日军中将师团长水川及其日伪军数千人。包头日军闻讯后，渡过黄河，企图从南线包抄三十五军后路。但日军西进受到马部八十一军的阵地阻击。在阻击战中，马部遭到日军30多门大炮的轰击。而马部因武器陈旧，无炮火反击，右翼阵地被摧毁，敌人向后包抄。为避免被包抄，马部遂向北撤至沙窝地区，重新集结。马鸿宾命令各团利用沙漠地区敌人车辆行动困难的弱点，运动作战，敌进我退，与敌人保持二三公里的距离，选择时机袭击敌人，以疲惫敌人。马部还经常组成突击队，夜间骚扰敌人。马鸿宾部以运动战与日军在沙漠中周旋数日后，在新民堡西南占据山头高地设伏，待敌逼近，火力突发，毖伤数百。日军遭此打击，被迫放弃南线增援计划，由昭君坟一带渡河北撤。日军撤退后，八十一军立即向黄河以南之伪蒙骑兵发起进攻。经过月余大小十数次战斗，除柴登台由傅作义部攻克外，其余伪军据点均被马部扫除“，伊克昭盟东北之大面滩地区全部收复”。1943年，傅作义接防绥西地区，马鸿宾率领在戈壁沙漠中艰苦抗战4年的宁夏回汉健儿撤回宁夏。
绥西战役中，马部八十一军官兵艰苦战斗，屡创敌军，与傅作义部密切配合，收复了大片国土，包头以西、黄河以南地区的日伪势力悉被肃清。这次战役对保障宁夏、甘肃和陕北后方安全，起了十分巨大的作用。战斗中，八十一军士兵表现出为捍卫民族利益不惜流血牺牲的精神，受到群众的广泛赞扬。1945年10月，国民政府授予马鸿宾“忠勤”勋章。绥西抗战是抗日战争时期西北地区唯一的战场，是西北人民对全国抗战的贡献，1万多名宁夏回汉健儿奔赴绥西抗日战场，为保卫国家和民族同日本侵略者浴血奋战，数千人牺牲在战场上，葬身异乡。他们虽然是国民党官兵，但他们是代表宁夏人民为国家而战，为中华民族而战，体现了中华民族不屈不挠的精神。
