马步青困守凉州。红军离开古浪北进，直趋凉州。时马步青仅有1个炮兵团扼守设于新城的司令部，急电马步芳求援，马步芳电驻嘉峪关外的刘呈德团驰援。刘团乘汽车，以3天3夜始抵凉州城，马步青继调1个炮兵连和马进昌团残部拨给刘呈德，并征调商号壮丁日夜防守，军心惶惶不安。马步青、马步芳之间连电往还，心神不安。据时在马步芳身边的人说，马步芳坐卧不宁，终夜彷徨，时时低呼“胡大”。最后竟电马步青云：“阿哥安全第一，可弃则弃，万勿因守城自己吃亏。”但红军主力于29日夜，沿凉州城南兼程西进，并未攻城。30日清晨，马步青急电到西宁云：“红军向凉州旧城仅放排枪一次，绕城而过。”马步芳才眼开眉舒，对马绍武说：“阿哥得免于难，是真主的保佑。若凉州失守，西宁也必守不住，那时我们脚步一乱，前途就很危险。”却又令《青海日报》吹嘘说：“马步青率所部及刘呈德团坚守凉州，躬自严防，以城防早有严密准备，与红军在旧城激战5小时，红军未得逞，反受重创。”但又恐红军由凉州南山入皇城滩攻西宁，下令将西宁的高中学生编成一个团，配备武装，守护西宁。
凉州城西的一些战斗。红军先头部队到达城西四十里铺，骑五师祁明山旅来犯，激战数小时，祁不支而退。马禄旅又在三十里铺攻击红军，韩起禄旅在四坝一带与红军相持。30日，马元海令刘呈德团、祁明山旅再度进犯四十里铺，红军3000余人勇猛冲击，马部溃退。马元海复督促进攻，红军放弃四十里铺及其附近堡寨，但马元海亦死伤士兵及民团八九百人。
12月2日，朱绍良飞抵凉州，面嘱马步青限期消灭河西红军，并令杨德亮旅抵凉州，归马步青指挥。又派空军第十五队驻凉州，由毛邦初指挥助战。马步芳遂以第五纵队司令名义，命令杨德亮旅扼守凉州各要道，使其无能立功。
永昌战斗。12月1日，红军西路军总部、第三十军、九军占领永昌，第五军占领山丹。第三十军的八八师、八九师布防于丰乐堡、八坝、水磨一带，马彪攻击，无法动摇红军阵地。马元海遂绕道攻永昌，马彪及马朴攻山丹。马元海会同韩起禄旅、祁明山旅攻击丰乐堡、八坝、水磨，混战终夜，有时自相践踏，毫无收获。马元海令刘呈德由徐家堡一带突击，刘团迭受重创，死亡900多人。马元海电马步芳，深责刘团作战不力。马步芳提出“宁死一万人，不失一寸土”的口号，驱迫民团以密集队形冲锋，往往积尸如山。从3日到4日，马元海多次向红军进攻，均无功而退。5日，以马禄旅牵制红军兵力，主力转攻永昌城东三十里铺，攻陷几个庄堡，马步銮团截获红军歌舞团男女团员数十人。此后数日无大战。9日，蒋介石自西安电马步芳：“过河的红军，既已消灭过半，应乘此声威，督率所部，务于两星期内将其扑灭。”又谓：“民勤极关重要，妥为布置，倘遇警报，务须死守待援，切嘱。”但马步芳却不以为然，对其部属说：“中央命我两星期消灭红军，可是中央军打了多少年，为啥不能消灭红军？民勤地方边鄙，又有什么重要值得死守？”此后，12月12日西安事变发生，马步芳电马元海严守秘密，不得泄露，观望数日，直至18日才发电讨伐张杨。前线军心也有动摇，故十几天无大战事。20日后，永昌周围才不断发生激战，26日夜，红军放弃四周庄堡，集中于永昌城内。27日，马元海以马步銮团，配以西宁民团，攻永昌西门；以刘呈德团，配以保安旅韩忠良部及循化民团，攻永昌东北城角；以韩起禄为机动部队，截击突围的红军。驻凉州的空军的战斗机3架助战。各路均受到红军阻击，死伤600余人，1架战斗机亦被击伤。马元海被迫改攻为围。28日早2时许，围守城东门外的刘呈德团，发现城内沉寂无声，派兵侦探。始知红军已转移阵地，弃永昌西进。遂闯入城中，仅获红军后勤工匠及骆驼。马元海专电报称“攻克永昌城”，马步芳转向军事委员会邀功，并派马德等前往慰劳，又令郭学礼、魏敷滋、马师融等人，以“青海省党政代表团”名义前去慰劳。29日，马元海电称红军“有进攻民乐模样”，马步芳以民乐接近扁都口，恐红军进入青海，急令韩起功旅和民乐民团于洪水河堵击，又派门源民团布哈公、南木卡部扼守扁都口。时马步青为保存实力，将其骑五师祁明山旅撤回凉州，仅留其马禄旅、韩起禄旅继续作战，马步芳心虽不满，亦无法制止。
山丹战斗。12月20日至28日之间，马忠义、陈嘉禾、马得胜等部督率民团，犯山丹县境之十五里铺、十里铺及五里铺，均被红军击溃。马朴部继来，又被击退。29日，轰炸机两架轰炸，红五军收缩于山丹城内。马彪、马朴严令进犯，激战竟日，毫无进展，只得采取包围形势。30日夜，红五军撤出山丹，第二十三师三十七团团长、团政委、营长、连长4人牺牲，大部队继续西进。马部上报则层层加码，马彪等向马步芳报称，“攻克山丹”。马步芳向军事委员会则报称：“我军冒险犯难，将红军劲旅击溃，克复山丹县城。”
高台战斗。12月下旬，红军进向甘州。马步芳恐重蹈凉州城的覆辙，严令韩起功旅死守甘州城。马元海紧跟红军尾后骚扰。29日夜，红五军先头部队，绕渡甘州城西的黑河，韩起功派甘州民团截击，仅有小接触，又恐甘州城有失，立即撤回守城。但红军未向甘州城进攻，转向城西南的龙首堡、甘郡堡、黑河及倪家营子一带前进。1937年元月14日，红五军二十四师、二十三师克复高台、临泽。17日，马元海令韩三成率民团向高台西门外的红军大碉堡进犯，竟残忍地放火烧毁该碉堡。18日，红军围攻谭呈祥扼守的李家堡，谭呈祥受伤，士兵被毙近百人，赖以向堡外院落浇油燃烧而幸存。19日，马朴进犯临泽，红军援军骤至，马朴溃退。20日，集中兵力犯高台，以马忠义团、马得胜团攻西城，马禄旅、韩起禄旅、韩进禄所率民团攻东北城角，马朴旅、陈嘉禾率民团攻东南城角，马兆瑞纠集其民团为预备队。高台城于1929年地震倒塌，无险可守。拂晓，马朴旅之马忠义团闯入城内，发生巷战，各路均迫民团为前驱，以大刀肉搏，死伤惨重。红军浴血奋战，牺牲3500余人，五军军长董振堂、政治部主任杨克明，二十四师师长吴代朝，九军十三师师长叶崇本、参谋长刘培基等均壮烈牺牲，高台失陷。马步芳据报，电蒋介石、何应钦、朱绍良邀“功”。《青海日报》一天之内，连发三次号外。马步青又将其韩起禄旅撤返凉州。
临泽战斗。坚守沙河的红军，于元月21日与西宁民团交战，马步銮团驰至，红军第三十军骑兵师亦增援，双方激战，死伤均重，骑兵师政委秦贤道牺牲。22日，马步銮团、刘呈德团、马禄旅及民团，先向临泽河北及城南种庄堡进犯，继由南郊猛扑南门，战斗激烈，已将云梯数十架搭于南城墙上，立即被红军机枪击退。复行硬攻，红军多用石块拒击，石发如雨，红军女战士亦英勇异常。马元海明知守城红军弹药已缺，但此城仍如铜墙铁壁，可望而不可即。当夜10时许，风雪交加，马元海乘机迫令民团攻城，始知红军早已由西南门撤走。城内大庙内有红军一小队人，均被残杀。继之在城郊激战，红军师长董俊彦牺牲。此后，红军逐渐在沙河一带集中。马步芳恐红军沿甘新公路西上入新，严令马元海“死力堵击于肃州沙窝地带，阻止西进和东下”。随之马步青又将马禄部撤回，至此，其骑五师人马，全部撤走。
倪家营子战斗。红军逐渐集结于龙首堡、西墩堡一带村落，马朴旅、韩起功旅尾追。元月27日，马元海令马玉龙手枪团、宪兵团合攻西墩堡，红军三十军八十八师迎击，驻龙首堡的红军三十军八十九师3000余人进援，马部之宪兵团被歼，全团1300人中仅余300余人，手枪团亦死伤1300余人。当夜，马部在雷家屯储存的炸药被红军焚毁，燃烧一昼一夜。28日，红军转入倪家营子，马步芳尚难判断红军前进方向。29日接马元海电报云：“红军大部队离开甘新公路，进入离甘州南七十里的倪家营子，占堡寨四十三处，星罗棋布于周围三十里之地，总人数约有一万三千余人，确系主力。”遂肯定红军转向祁连南山地区活动，即令马元海进攻，时马家聚集于倪家营子的部队和民团达73000余人，已将倪家营子东西两面堡寨四十余处占据。即以西宁上五庄、门源民团绕于东，马步銮团、刘呈德团、循化上工民团绕于南，韩起功旅绕于西北，马彪旅、马朴旅绕于东北，将倪家营子层层包围。2月1日，红军曾向马元海发函，以西安事变和平解决，全国庆幸，双方应商洽解决问题。但赶尽杀绝的马步芳不肯罢手，令马元海“仍即聚集重兵，勿稍放松，以免失机”。自2日起，马元海下令多次攻击，红军迎战不屈。从16日起，马元海拼凑一切力量总进犯，战况激烈。至20日，红军陆续牺牲1000余人，马部死亡大于红军数倍。至28日，马部先后被击毙团长1人、击伤团长2人，马朴臀部亦受伤。28日晚，红军分十路向南撤退，突围中红军牺牲1000余人。后红军又各路出击，复集结于倪家营子，马元海又攻，先后以死伤7000人的代价，始于30日占领倪家营子。马步芳照例夸大战功。原来马朴在阵地侧方大便，被流弹击伤臀部，马步芳转报时改为“马朴身先士卒，血战中被伤”。命令《青海日报》发消息时加按语谓：“马旅长朴身临前线指挥，双方肉搏，形势猛烈，终以奋不顾身，督促部队勇往直前中臀部受伤。查22日阵亡的营长马学良，为马旅长独子，是役父伤子亡，堪资矜式。”此后，在3月初，继续在凤凰山、三流沟一带交战，双方互有伤亡，马部团长谭应福、马占成被击毙。
梨园堡战斗。3月11日，红军主力集结于梨园堡。马元海电报云：“红军在梨园堡恢复过河西上时的编制，第三十军为第一纵队，第九军为第二纵队，第五军为第三纵队，坚守梨园堡。”马步芳即令加紧围攻。12日，攻陷红军防线，马忠义旅、马步銮旅以优势兵力，强攻东西两山头。红军顽强应战，反复冲杀，短兵相接，九军政委陈海松、二十五师政委杨朝礼在混战中壮烈牺牲，三十军的八十师和九军的一个团遭受重大损失，以“夜老虎”闻名的三十军八十九师二六八团，牺牲也惨重。14日，东西两山陷落，红军进入祁连山支脉的草岭大坂，时天寒地冻，到处冰雪，红军只有消耗，毫无补给，且山路崎岖，路途生疏，于是化整为零，分头西进。马忠义旅进山搜索，发现红军砸毁武器、电台很多，也有文件烧毁的灰堆，有的冻僵的红军，仍然紧握手中枪。15日搜山中，马忠义突遭红军射击，马忠义以一个营冲上，发现红军只有二三十人，大多数已牺牲，仅俘获五六人，一被打断左臂和打伤腿的红军师长，年约30岁，马忠义迫令投降，遭到严厉斥责，马忠义残忍地扳动枪机，师长高呼“共产党万岁”，英勇就义。后来得悉，这是红三十军八十八师师长熊厚发。马忠义后在搜索中，又将因子弹打光的三十军军长孙玉清俘获。
黄番寺战斗。一部红军把守黄番寺山峡，马元海于15日进犯，红军迎击后进入黄番寺黑河上游。马元海继续进犯，在围攻康龙寺中，红军击毙其营长、连长各1人，击伤其营长2人，后康龙寺失陷，红军牺牲惨重。之后，红军特务团被围于青龙寺及牦牛山一带，牺牲100余人，赤脚冻坏的战士400余人被俘，在送往甘州途中，被残杀不少。在这一带，小战斗数十次，循化民团正副大队长被击毙。此后，红军继续西进，此地无战斗。马元海返回甘州，由韩起功旅继续搜山，4月6日，与红军支队司令马良骏十数人遭遇，马良骏受伤后，仍率部进入松林坚持战斗。
安西战斗。红军经石窝会议，决定陈昌浩、徐向前化装潜回延安，部队分三路继续西进。3月16日，红军组成的左翼军沿祁连南山山麓西进，马步芳又恐入青海境，令马正魁团驰往都兰布防，李增荫团警戒于肃州的甘青交界线。4月1日，据报红军向昌马耳子前进，马步芳急令在肃州的刘呈德团驰往安西堵截，又令马忠义率领1个团跟进。4月8日刘呈德在安西城布防。当夜红军攻城后转进于五营村、王家围子，刘团出城追击，红军乘夜突围。其后又在白墩子至红柳园之间交战，互有伤亡。15日激战于红柳园，红军牺牲100余人，刘团亦死营长以下50余人。红军突围而西，终于到达星星峡。马步芳转电新疆哈密警备司令尧乐博斯堵击。20日，尧乐博斯在苦水布防，迫令红军缴械，却被红军击溃。最后，红军虽然仅剩李先念以下437人，亦终于到达新疆。红军在极端困难的条件下，与马步芳部队及其他国民党部队血战5个多月，共歼灭敌军25000余人，但由于寡不敌众、疲兵屡战、有耗无补等原因，终于失败。但革命的火种没有灭绝，且日益熊熊燃烧，终于发展成燎原大火。
