需款，并把各旅的辎重营和团的运输部队留在榆林接受空投，而后追送前线。可是，三十六师眼巴巴盼到的给养却少得可怜。西安只是在14日的早晨9点钟左右，派出四架运输机，投下一些发酵酸臭的熟食大饼。这点给养，杯水车薪，无济于事。三十六师只好饥肠辘辘地踏上南下的道路。当行至归德堡附近，遇到我军抗击。该师处在敌情不明、地形不熟、民情不了解的情况下，既不敢进，又不敢退，亦不敢留在原地，怕中了解放军的圈套。钟松只好决定当晚全师赶至鱼河堡附近露营，并严禁部队闯入堡内，以防不测。第三天，三十六师在南下的途中，与我当地武工队打了一阵后，才攻占了镇川堡。使钟松兴奋的是，堡里还有没运完的一部分存粮。然而，钟松万万没有想到，得到这一部分粮食，使他改变了原先准备在镇川堡等待补给的计划，加快了三十六师的下一步行动，从而加速了它的灭亡。
彭德怀对这个三十六师特别“关注”，下令准确侦察其编制、兵员实数和轻装程度；部署部队严密监视它和刘戡部队的行动方向。他认为这个师虽是胡宗南三大主力之一，但经过长途行军，严重减员，已是疲惫之师，而且钟松利令智昏，孤军冒进，成为一支“骄兵”。彭德怀说：“‘骄兵必败，！要利用三十六师的弱点消灭它。”彭德怀把野战军主力隐蔽集于镇川堡东北地区待机，命令各部观察地形，准备战场，计划首先吃掉这个师。
南北对进的刘戡、钟松两军加快了行军速度，相距只有百里左右了。如南北之敌会合：东向封锁黄河各渡口，并控制无定河及米脂、佳县之线，我中央机关和野战军主力便会被挤压在米脂、榆林之间南北三四十里，东西五六十里的狭小地区内。这片地区，北面是浩瀚的沙漠，东面是滚滚黄河，西、南是无定河和敌军，我军将处于侧水侧敌，回旋余地很小的困难境地。中央领导的处境则更危险。
面对这种严峻形势，彭德怀有些担心。他在与参谋长张文舟等人研究如何保障毛泽东和中共中央的安全时，不禁满头是汗。他把军帽摘下来放在桌子上，时而细看地图，时而来回踱步，沉思了一会对张文舟说：“必须切实保障党中央的安全，要给中央以安全感。”
为确保万无一失，他命令许光达率领第三纵队，到乌龙铺、曹庄一带接应和掩护中央机关。然后，他又急电中央军委和毛泽东，请他们向佳县西北方向转移，靠近野战军主力。
8月14日8时，中央军委来电询问彭德怀：钟松明日进攻目标是米脂；刘戡五个旅16日上午可到绥德，我明日可集中八个旅在归德、镇川线以东、以北的山地歼灭钟松，不知部署来得及否。
同日14时，彭德怀向中央军委报告：刘戡令第三十六师向米脂前进，我们准备歼击该敌，总的意图是，集中二、三两纵，教新两旅，由西北向东南歼击第三十六师于李家沟、鱼河堡、上盐湾及其以北地区。
按此意图，我三纵14日晚集结于庙儿梁附近，二纵15日晨集结于石窑坪附近，均在镇川堡西北。教导旅15日集结于西岔东北地区，一纵在归德堡、鱼河堡之线，另派出小部兵力在三岔、归德一线节节佯败，引敌前进至上盐湾东北高地。
8月17日，刘戡率主力北进至吉镇以南地区。同日，钟松将第三十六师分为两个梯队，以第一二三旅为第一梯队，由镇川堡向佳县西的乌龙铺突进。依据钟松分路前进情况，彭德怀断定其主力必将经过沙家店地区，便决心在其未与刘戡靠拢前，运动中将其歼。
8月18日3时30分，彭德怀发布“以伏击姿态歼灭该敌三十六师”的命令。命第三纵队（并指挥绥德军区分区两个团）以一部兵力吸引钟松的第一梯队。该纵队主力抗击刘戡所部，阻止该敌与三十六师会合。集中一、二两个纵队和教导旅、新四旅，先歼灭三十六师的第二梯队，再歼第一梯队。当天上午，野战军主力与敌交锋，因天降大雨，敌第二梯队仓皇撤至沙家店地区。
当日晚，野司接电报得知，葭芦河因大雨水涨，不能徒涉，毛泽东和中共中央机关无法向北转移，已冒雨改行西北方向，尚未脱离险境。这几天，彭德怀每天只喝几口小米粥，很少睡眠。他长时间坐在指挥所里，用手指在地图上估量着两路敌军相距的里程，板着脸一言不发。指挥所里鸦雀无声，参谋们进出窑洞，都轻手轻脚，生怕打断他的思路。
据敌军将领回忆，整编三十六师18日进至乌龙铺以南地区，同我军约一个旅的兵力发生战斗。我军且战且退，不即不离，紧紧牵住三十六师。将近黄昏，敌三十六师第一二三旅前进到乌龙铺北山，与刘戡指挥的整编第五十五旅取得了联系后，在北山露营。第五十五旅在距离第一二三旅右翼约20里的山梁上露营，此时，钟松认为万事大吉了，于是率领着他的指挥部和第一六五旅大部人马由镇川堡进至沙家店。
当晚1点钟的时候，敌一二三旅旅长刘子奇突然接到钟松十万火急的电报，说解放军分几路逐渐向沙家店靠近，命他迅速向师部集中。第一二三旅与师部的驻地相距虽仅30余里，但中间须经过几道大山梁和深沟，沿途又没有部队掩护，况且旅的正面还处在战斗接触状态下，因此刘子奇不敢夜间行动，怕中途遭到解放军伏击。他同旅参谋长研究了一下，决定由本旅掩护，把配属的第一六五旅四九三团先行撤走，按指定的路线到师部归还原建制；第一二三旅在天明之前撤下，随四九三团跟进，相互掩护，避免意外。
实际上，8月18日上午，敌第三十六师第一二三旅及第一六五旅第四九三团进至乌龙铺以北之刘家沟，已被我第三纵队一部及绥德军分区第四、第六团箝制于该地。钟松整编三十六师师部及第、一六五旅（欠四九三团）由镇川堡取道沙家店向乌龙铺前进，进至常高山时，受到我第二纵队及教导旅的攻击。但因攻击时机过早，迂回部队未赶到，我未能歼敌。敌退至泥沟以北、张家坪以南地区构筑工事。我第一纵赶至沙家店附近地区隐蔽集结。
18日战斗后，刘戡并未增援钟松而率主力五个旅继续北进。19日占领神泉堡和佳县城。彭德怀分析两部敌军态势，判断敌军并未摸到西北野战军意图，决心仍先行歼灭第三十六师。同时，适当调整了部署，以新四旅抗击回援之敌一二三旅。
19日，彭德怀报告中央军委：“拟于明天拂晓包围沙家店附近敌之两侧而歼灭之。得手后逐次向东北各个歼击之”。20日3时，毛泽东亲拟中央军委复报：“完全同意你对三十六师的作战计划。”此时，毛泽东和中央机关已转移至镇川堡正北80里之梁家岔地区（老苏区）与主力会合，从而结束了自小河出发以来19天艰苦的长途行军。
8月20日拂晓，西北野战军第一、第二纵队向敌整编三十六师发起攻击。该师第一二三旅为解其师部之围，由乌龙铺折回，被教导旅和新四旅包围于常高山附近。彭德怀命令：坚决把一二三旅消灭掉，不能让它往西靠。就这样，三十六师的两个旅被分割两地，全部被包围，敌前后两个梯队无法相顾。
为了在刘戡赶到之前迅速消灭被围之敌，彭德怀发出指令：“彻底消灭三十六师，是我西北战场由战略防御转入战略反攻的开始，收复延安解放大西北的开始”；要发扬无限英勇的精神，“立即消灭三十六师，活捉钟松，号召你们本日黄昏以前胜利完成战斗任务！”西北野战军主力如猛虎下山，挟着万钧之势，向钟松部扑过去。战斗异常激烈，下面是敌第一二三旅中将旅长刘子奇的一段回忆：
19日早晨6时左右，孙团（指整编第一六五旅孙铁英团）已到达乌龙铺南面山梁，整第一二三旅的第三六八团及旅部刚通过乌龙铺，第三六七团还在后面的北山坡。这时候听到了沙家店方面的枪炮声，知道战斗发动了，而且枪声愈来愈紧，战斗形势发展得很快。刘子奇认为时机急迫，即就地召来各团长研究当前情况和地形，为急求解除沙家店师部之围，决定全旅离开孙团行动，取捷径直接向进攻师部的解放军感受威胁最大的左侧翼急进，当即将部队重新部署行动，以第三六八团为先头团，并派一个营为先遣队（大约是第三六八团第一营）占领常高山北面的制高点，以掩护旅主力进出常高山。先遣队将进至常高山山麓时，突然遭到正前方和右侧方的解放军猛烈射击，前进受阻。这时旅主力已进到一处地形狭长而比较低洼的山梁上，亦稀疏地受到解放军的火力射击。预定夺取的制高点，已被解放军占领，这是两方的关键性地点，我旅一定要夺到手才有活动余地。在严令第三六八团迅即攻占制高点的同时，也考虑到防守的问题，当令各部队就地构筑工事，作好防卫准备。由于解放军居高临下，先遣队几次冲锋都被打垮，旅山炮营的3门山炮以齐射火力支援亦无效果。山炮营原有12门日式山炮，因在陕北山区窜扰半年，人员大减，驮马倒毙很多，9门山炮先后被送进了后方仓库，随营携带的3门炮只剩下40余发炮弹，火力不够，起不到支援步兵的作用。先遣队攻击受挫后，发现解放军逐渐向两翼延伸战线。为顾虑旅的侧背安全，由第三六七团派出一个营占领左侧方山梁担任掩护，并配合正面先遣队的攻击，另派出一个加强排占领后方的一处最高点担任掩护，并同刘戡部取联络。
但是派到左侧的那个营将要到达目的地时，就遭到隐伏在山梁后面的解放军的猛烈冲击，营长当场被击毙，官兵死的死，散的散，全营瓦解。
这时已过中午，同师部联络中断，只好直接发电与胡宗南和刘戡联系。当时已经看出自己在地形和战况上都处在不利的形势下，我想此尚有转圜余地的时机撤退，经同两位团长研究，第三六七团团长同意，第三六八团团长反对，意见不一致。原来他们各有打算，因为向后撤退，按当时部队部署具体情况，须要第三六八团担任掩护旅的撤退任务，该团长怕以后不能脱离接触，部队撤不下来，所以反对。
正在这时，接到了胡宗南电报，指示固守待援，并派飞机参加战斗。随后又接着刘戡电报说，已令整编第五十五旅就近增援，他率主力随后就到。
从此战况愈来愈紧，形势急转直下，各个阵地俱遭到解放军猛烈炮击，工事多被摧毁，守兵不断伤亡。先遣队队长被击毙，残余官兵被俘。解放军由正面和右侧同时发动反攻，以泰山压顶之势从两面高山杀下，向第一二三旅全线阵地猛冲，有的阵地被连续冲击发生白刃肉搏，死伤枕藉，炮兵营长亦遭炮火击毙，山炮一门被击毁，两门因无炮弹已成瘫痪，骡马被打得四散乱奔。派往后面任掩护并与援军联络的一个加强排也无影无踪。
在战斗紧张时候，虽由西安派来三架飞机参战，投下几枚小炸弹，对英勇善战的解放军丝毫没起作用。
首先第三六八团阵地全部被摧毁，团长失踪，官兵无一人撤回。由于一个团被消灭后，旅只残存三个小山头的阵地，解放军的火力更加猛烈地集中在块狭小的阵地上，更显得锐不可挡。第三六七团的大部官兵伤亡，阵地失守，电台被炮弹打得粉碎，同各方联络断绝，情况不明。各路援军均被解放军阻击未到，而解放军则不断向阵地周围涌来。这时，我们看到前途已经绝望，立即带着残部突围，多次冲击俱未成功。。
就在这个时候，绥德警备区四、六两团，在司令员吴德峰的率领下，于乌龙铺以西的石板村和沙柳滩，跟刘戡派出支援钟松的整编十二旅、五十五旅展开激战，一举击垮刘戡的警卫连，若不是刘戡跑得快，差点做了俘虏。直到黄昏前，刘戡的部队距离钟松的阵地还有30多里。孤军深入的整编三十六师，只能束手就擒了。
骄横一时的钟松，盼援军无望，暴跳如雷。眼看形势急转直下，阵地相继丢失，电台亦被击毁，各方联络断绝，便和一六五旅旅长李日基等换衣化装，乘黑夜逃跑了。
西北野战军经过激战，当天黄昏歼灭了整编三十六师师部及两个旅，共6000余人。战斗结束后，敌整编第一二三旅旅长刘子奇身着士兵服装，混在俘虏队伍里。这位国民党旅长，是典型的行伍出身，从二等兵到旅长，戎马生涯几十个春秋，来一二三旅前，曾是汤恩伯的参谋长。
他被认出来后，在我军几名士兵看押下，步行18里路，来到一个村子里的破窑洞前。只见一个穿灰布军装的人，中等个子，黑红脸膛，腰里扎根皮带，脚下穿双布鞋，大步迎上来。
刘子奇万万想不到，这就是使自己成为败将的大名鼎鼎的彭德怀。
刘子奇见过彭德怀之后，得知《晋绥日报》有一条消息说，被解放军俘虏的李昆岗、李纪云、麦宗禹联名致电，向刘子奇和所属官兵表示慰问。
电报原文如下：
闻兄等在陕北沙家店战役被解放，在兄等或懊丧莫名、恐惧终日，但弟等闻讯之后，却深为兄等庆欣，因弟等来解放区之后，倍受优待，生活毫无痛苦，而且亲身体验到民主自由生活的愉快，既不做蒋介石反民主内战的工具，也不做美帝国主义侵略中国的清道夫，解除了内心与精神上无限桎梏，认识了中华民族解放事业的正确道路，甚愿等剔除烦恼，携手共进，为实现我国的独立自由民主和平而奋斗。
电报后面的署名是：前一六七旅旅长李昆岗，三十一旅旅长李纪云，一三五旅代旅长麦宗禹，一二三旅三十六团副团长何于林，三十一旅副旅长周贵昌，参谋长熊宗继，九十二团团长谢养民，一三五旅参谋主任祖舒，政治部副主任王交云，四○四团团长陈简，四○五团团长萧伯廉，八十六师二五六团团长李含芳，团副康俊昌，陕西第二区行政督察专员严察师。
刘子奇同这些老相识见面了，他的原部下何干林风趣地说：“我是先来给旅长打前站的，现在房子也号下了，一切都准备好了，旅长也到了。”
此后，刘子奇参加了革命队伍，任第一野战军司令部参谋处参谋，主编《野战军》杂志。
毛泽东十分关注沙家店一仗。他心里很清楚，这是争夺西北战场主动权的关键一仗。如果打好了，就会迫使胡宗南收缩兵力，西北野战军可以外线出击，从根本上改变西北战局。如果打不好，我军就只有北走神府，进入晋绥。这是一步死棋。
通往西北野战军的电活铃响了，一直守在旁边的毛泽东一把抓起。
“你是李德胜吗？”彭德怀在电话里问。
毛泽东已经预感到胜利，他稍稍停顿了一下说：“不，我是毛泽东。”
彭德怀开始有点诧异，可他突然意识到，毛泽东放弃自己的化名，公开了自己的身份，这说明西北战局已发生根本性的变化，中央机关再也用不着躲躲藏藏了。他兴奋地说：“毛泽东同志，我向你报告，我军已全歼钟松整编三十六师。”
第二天，8月21日，毛泽东兴冲冲地赶到西北野战军司令部。他握住彭德怀的手说：“打得好，你们打得太好了。”
然后，他坐下来，掏出火柴点着一支烟，笑着说：“沙家店这一仗确实打得好，对西北战局有决定意义，最困难时期已经过去了。用我们湖南话来说，打了这一仗，就过坳了。”
他使劲吸了一口烟，挥了挥手，用一种非常坚决的口气说：“现在我们要打出去，到胡宗南的家门口去打，还要吃他的东西。”
在西北野战军发起沙家店战役，调动胡宗南集团主力北进的时候，晋冀鲁豫野战军的陈、谢集团乘隙由晋南、豫北交界处南渡黄河�