根据中央10月11日发布的“10月份作战纲领”，方面军令30军开至靖远大芦子地区，秘密造船，侦查渡河点，准备渡河。
    敌朱绍良令1、3、37军等部于21日分别从东、南、西三个方向，向静宁、通渭、会宁地区攻击前进。22日，红军4、5、31军等部在界石铺、通渭、马营、华家岭、宁远镇等地顽强抗击。22日，敌占华家岭，次日占会宁、通渭、静宁。红军伤亡很大，华家岭战斗5军副军长罗南辉牺牲。
    23日晚，方面军令30军先头部队88师263团渡河。同时建议四方面军至少以3个军以上的主力渡河，以便策应一方面军的行动。当晚偷渡遇险滩未能成功。24日夜，263团在团长熊友庆率领下，在河包口（虎豹口）渡河成功。次日晚，30军全部渡河，击破马家军防线，控制上百里沿河地带。26日，军委又电令9军过河。28日拂晓，30军、9军渡河完毕。29日，军委同意31军过河，军长肖克、政委周纯全率部队向河边急进。因彭德怀建议将该军留在河东作战，30日军委又改变命令，令在河边的31军向麻春堡开进。
    1936年10月25日至30日，遵照中央军委命令，红四方面军总部率部西渡黄河，共2万1千8百余人，其中30军辖88、89师6个团，9军辖25、27师6个团，5军辖13、15师4个团及总部直属队、妇女独立团等部。
一条山地区战斗：27日，30军在吴家川、尾泉等地击破敌骑5师马禄1旅、祁明山3旅的阻击，在9军协同下进击景泰、一条山之敌韩起禄2旅。31日，30军占领一条山大部村寨，包围2旅1个团。11月1日，9军进占一条山锁罕堡、打拉牌，包围1旅6百人。2-3日，红军击退敌援，敌1旅6百人在交出粮食、撤往凉州、接受抗日主张的条件下，红军解围。4日，敌集中5千兵力攻击9军打拉牌阵地，经7小时激战，歼敌5百余。9日，红军奉命撤离一条山地区，进入河西走廊，向平番、大靖、古浪、凉州地区进发。此战歼敌2千余人，击毙敌骑5师参谋长马廷祥。
    组成西路军：11月11日，中央军委下令，决定河西部队改称西路军，成立西路军军政委员会，陈昌浩为主席，徐向前为副主席。
    西进古浪、永昌、山丹：11月上旬，西路军分三路西进，30军为1纵，向大靖前进；9军为2纵，向古浪前进；5军为3纵，尾随30军行动。徐向前、陈昌浩带总部随30军行动，王树声随9军行动。
    10日，9军于干柴洼、横梁山与敌骑5师2个旅、100师1个旅激战，击溃敌骑。11日，军委来电询问西路军单独西进有无把握？如返河东有何困难？陈昌浩拿不定主意，开会讨论。徐向前列举5、6条理由，说明西进的必要。大家一致认为，“黄河东岸已被敌人封锁，东返和西进比较，困难更大。于是下定决心西进，向中央表了态”（徐帅回忆录522页）。13日，9军27师81团袭占古浪城。
    18日，89师、骑兵师克永昌。21日，296团、骑兵师克山丹，5军接替30军防务，30军和总部进至凉州西北四十里铺。
    11月16日，敌集中3个骑兵旅、2个步兵旅和4个民团攻击古浪。17日，敌突进城内，9军巷战退敌，但伤亡严重。18日，敌倾全力攻城，9军伤亡过大撤出战斗，在30军268团接应下，撤至四十里铺。古浪战斗歼敌2千余人，9军经此次战斗和干柴洼、横梁山战斗，伤亡达2千4百余人，军参谋长陈伯稚、25师师长王海清、27师政委易汉文牺牲，部队元气大伤。“一仗下来，兵力损失达三分之二，给整个战局带来不利影响”（徐帅回忆录523页）。战后9军军长孙玉清被撤职。后来西路军作战主要靠30军。
    中央原指示“速打通远方为要”，19日又要求停止西进，“创造巩固根据地”。陈昌浩要建立永凉根据地。徐向前不以为然，认为站不住脚。“和陈昌浩共事几年，我从来没有与他面红耳赤地争吵过。这次破了例，吵得很凶。”陈昌浩要斗争徐向前，后因曾传六等人反对，只好作罢（徐帅回忆录525-526页）。22日，西路军停止西进。此时，西路军沿东起凉州四十里铺、西至甘州附近300里狭窄地带一线摆开，无法集中兵力，陷入被动挨打局面。“李先念他们也很有意见”，“对陈昌浩说：在这里东不东，西不西，等着挨打，怎么行？要东去，我打先锋。要西去，我也打先锋！陈昌浩说：你懂什么？多嘴！”（徐帅回忆录527页）。李先念说：“西路军在凉、甘之间停下来创建根据地，且在西进还是东返问题上犹豫徘徊了一个月，虽有其客观原因，但却是个很大的失策”（李先念：《关于西路军历史上几个问题的说明》）。
    四十里铺战斗：11月22日，敌5个团攻击30军四十里铺阵地，血战3天，歼敌2千4百，红军伤亡5百，263团1个连全部拼光。
    永昌东南八坝战斗：30军从四十里铺后撤至八坝，激战两天，弹药消耗殆尽，全凭大刀拼杀。
    永昌以西水磨关战斗：12月初，敌企图切断永昌、山丹之间联系，30军88师据关抗击，歼敌2千，击落敌机1架。
    永昌、山丹保卫战：11月22日至12月4日，敌以5个旅、4个旅兵力，分别攻击永昌、山丹，被30军、5军击退。
    25、28日，毛泽东两次致电徐、陈，要求西路军“主力应准备进一步策应河东”。
    从11月上旬到12月上旬，西路军歼敌6千人，敌实力不断补充，而西路军则由过河时的2万1千余人减至1万5千，战斗力大为下降。
    “西安事变”前后，中央对西路军的行动方针忽东进策应河东红军，忽西进打通远方。12月22日，中央来电征询意见，军政委员会开会讨论，大部分人认为“东进和西进比较，前者的困难更大些”。徐向前同意大部分人的意见，要求陈昌浩如实反映情况，并作东返准备。“西安事变”和平解决后，电令西路军西进。12月下旬，西路军离开山丹、永昌地区西进。徐向前认为“西安事变和平解决后，西路军的处境反倒愈来愈艰险”（徐帅回忆录537页）。
    苦战高台、临泽、倪家营子：
    1937年元旦拂晓，5军军长董振堂、政治部主任杨克明率39、45团和总部特务团及2个连骑兵共3千人，一举攻克高台。
5日，军委电令暂勿西进，创建根据地。西路军要求中央派4军和31军来援。此时西路军久战，战斗部队不足万人。
12日，敌4个旅另3个团围攻高台，5军退入城内坚守。20日，敌全力攻城，受降民团里应外合，攻入城内。军长董振堂、政治部主任杨克明、13师师长叶崇本、参谋长刘培基以下3千人大部牺牲，一部突围，又被反动地武残害。前往接应的骑兵师中途遇敌，激战中大部损失，师长董彦俊、政委秦贤道牺牲。
同时，敌集中5个团另1个营，攻击临泽，城内红军多为直属队，面对强敌顽强作战，激战后令守军突围，到达倪家营子。
16日起，中央连续来电，指示西路军东进。
西洞堡战斗：1月21日，西路军决定东返。24日，在龙首堡、西洞堡击溃敌100师骑兵旅一部，歼敌400。26日，敌100师手枪团团长马毓龙率该团1500人和青海省县兵团1300人，追到西洞堡。27日，红军集中88师主力和89是一部反击，激战4个小时，歼敌8百余人，缴获大批军用物资。这是西路军进入河西走廊之后最大的一场胜利。（《红西路军征程》221页。此战红四战史中没有提及）
27日，敌集中防堵。西路军于28日进驻倪家营子，程世才认为是西洞堡的胜利使陈昌浩头脑发胀（详见《红西路军征程》222页）。31日和2月1日，敌集中5个旅兵力围攻倪家营子，被击退，歼敌600，西路军伤亡400。苦战至2月中旬，歼敌近万，西路军伤亡很大，全部兵力不足万人。
2月上旬，西路军要求增援（电文说：“将4军和31军归建”）。中旬，中央电令放弃东进，继续西进，并以“对过去所犯的政治错误，究竟有何种程度的认识呢”作为要挟，陈昌浩“只好惟命是从”（徐帅回忆录544页）。
徐向前虽有顾虑，但全军安危系于一身，建议开军政委员会讨论。会上徐向前提出，中央不能派兵增援，西路军惟有自救东返。大家同意，唯陈昌浩迟疑不决。
    2月15日，敌又展开全面进攻。21日晚，西路军突围东进转移到威敌堡一带，又遭敌堵截。陈昌浩提出重返倪家营子。徐向前与之争论无结果，开军政会陈决定返回。后连夜返回倪家营子。22日至27日，激战5昼夜，歼敌2千5百，援兵无望，西路军被迫撤出倪家营子，再次转移到威敌堡、三道流沟一带。28日，敌马元海部围困西路军。3月7日，敌强攻，西路军未能将敌击退。坚持到11日夜，突围转移祁连山。12日，刚到梨园口，敌骑跟踪而至。9军掩护30军展开，夺占梨园口西山头，几经冲杀，被迫后撤。9军政委陈海松、25师政委杨朝礼牺牲。敌全力攻击30军，264团全部损失，263团大部损失。全军退入祁连山，部队兵力不足3千。
2月22日，中央组织援西军。27日，以原四方面军的4、31军和28军、32军并骑兵1个团组成援西军，司令员刘伯承、政委张浩。3月5日，由淳化、三原地区出发，中旬到达镇原、平凉，闻西路军失败，遂停止西进，进行收容西路军失散人员工作。3月中旬，援西军政委张浩宣布西路军失败的消息，4军和31军的干部战士都痛哭失声。（《北上》380页）
石窝会议：3月14日，西路军余部进入祁连山康龙寺以南的石窝，担任掩护的30军265团伤亡殆尽，267团也大部损失。召开军政委员会讨论行动方针。决定编3个支队，分散游击。王树声1路，5个连人员；张荣1路千余人；李先念、程世才1路，30军余部及直属队1千余人。陈昌浩提议，决定徐向前、陈昌浩离队，回陕北向中央汇报。成立西路军工作委员会，李先念指挥军事，李卓然负责政治领导，并报告中央军委。
3月14日夜，李先念支队深入祁连山。88师师长熊厚发被捕牺牲。4月5日，到达酒泉西南山中，人员900、枪600，准备进敦煌。16日，在安西跨出祁连山。24日，攻击安西失败，退走大戈壁（《北上》373页说打安西是参谋长李特的主张。《李先念传》294页说是李先念的主张）。4月底，到达甘、新交界的星星峡。经47天行程，脱离险境，保存了420余人的骨干。
9军军长孙玉清被捕牺牲。王树声孤身回到延安已是1937年8月。
    徐向前4月30日到达镇原援西军总部。陈昌浩8月回到延安。西路军失败后的一年内，陆续通过各种途径回到陕北根据地的约有6千人，流落在青海和河西走廊、活到解放后的约有1千人，过河时的2万1千人，至少有一多半长眠在祁连山下的荒原上。（《北上》370页）