西路军政治部派土门堡投诚之骑五师工兵团营长马有明，持徐向前、董振堂署名的信件，到武威新城同马步青联系，提议进行和平谈判，建立抗日统一战线。徐、董信函指出：“在此国难当头，民族危亡之际，应停止内战，一致抗日，红军只是假道路过，无意攻取凉州，望勿派兵阻拦。”信件提请马步青派代表与红军进行“停战谈判”。
马家军将红军留在横梁山的数十名重伤员，全部搜出杀害。
马元海率本旅、马彪旅、马全义团、马呈祥团及青海各县民团，向古浪县城附近集结。
敌《剿匪概述》记载：“伪三十军军长程世才为先驱，率伪八十八师围攻凉州城。幸我二九八旅五九六团刘呈德部躬自严防，早有相当准备，在旧城激战五小时，匪未得逞。”
11月15日
毛、周致电徐、陈，同意西路军向凉州前进，并通报苏联接济物资“正在准备中”。
朱、张致电毛、周、彭等说：西路军渡河后，数次与马敌作战，以少胜多，战绩颇佳，统一战线成绩也颇好。
红九军第二十五师进入古浪县城，军部命该师布防于西、南两山，控制制高点。红九军积极备战，并广泛开展群众工作。政治部主任曾日三召集各界人士会议，宣传红军政策，动员群众支援红军。
红军代表黄火青同马步青代表薛克武（骑五师秘书长）在武威新城外的民房内进行谈判。红军代表提出双方签订协定，停止军事行动，合作抗日；薛克武转达了马步青的意愿：赞成合作抗日，双方不要发生冲突，但不能签订协议，希望红军尽快西进，离开武威。
马步芳电令马元海，加紧进攻古浪城红军。马元海在古浪城郊金家堡召集敌旅团长会议，部署攻城作战。
国民党杨德亮补充旅进抵古浪峡，马元海为争“战功”，不让其染指古浪战斗。此举正中杨德亮下怀，该旅遂停止于龙沟堡以南地区。
在马步芳逼令下，青海民和、大通二县民团2000余人，抵进武威、古浪境内，参加对红军作战。
敌《剿匪概述》记载：“盘踞古浪之匪与横梁山之匪会合，散处于古浪县城及附近之长流堡，势甚猖獗。”“西窜凉州城东之匪，尚在河东堡、大河驿一带盘踞。”
11月16日
朱、张致电毛、周：西路军已无东渡可能，只有占领永昌、凉州地区，与新疆办好外交，北靠那方。打通远方，得到接济，至关重要，“我们须设法帮助和策应他们，因为他们太孤立了”。
红九军在古浪与敌军进行第一次大战。拂晓，敌马元海指挥三个骑兵旅、两个步兵旅及一批民团，在炮火掩护下全力攻击红军。马全义团向古龙山进攻，马呈祥手枪团配合韩起禄旅进攻西阳洼，马彪旅从西南方向向高地进攻，战斗非常激烈。
上午，西路军政治部派秘书长魏传统为代表，到武威新城外与马步青代表王达三（骑五师参谋主任）再次谈判。魏传统转达了西路军首长关于与马军停止军事行动、合作抗日的意愿，并表示愿将土门堡俘获的马部工兵团回民士兵180余人及武器归还马部。王达三转达了马步青“红军不要在武威久留”的意愿，表示一定将红军首长的意见报告马步青。
下午，马有明到武威新城送红军信函，通知马步青：红军拟撤除对武威新老两城的包围，希望马步青厉行不再同红军发生军事冲突的诺言。
当日晚，西路军总部及妇女团等直属单位，由土门子向武威开拔，于17日上午抵达武威县东南部之大河驿。
朱、张、林从关桥堡到达甘肃环县北部的河连湾，与红军前敌总指挥彭德怀会合。
为打击疯狂进攻陕甘宁根据地的国民党中央军胡宗南部，红四军、红三十一军奉命东撤至甘宁交界地萌城、甜水堡一带，准备参加山城堡战役。
敌《剿匪概述》记载：拂晓“我各部队按照规定任务，对古浪之匪总攻。匪集中力量向我猛烈射击，匪骑兵借机向我反攻，战斗甚烈。我军利用民房掩护，节节进逼，俟匪步兵接近，则以手榴弹、步机枪迎头痛击”。
11月17日
毛泽东致电朱、张：远方援助事正在进行中。
徐、陈致电洛、毛、周、朱、张，报告西路军行动计划。电报说：我们决心以打通远方与争取在甘、凉、肃地区建立根据地为任务，拟主力迅速西进，攻取甘州。估计11月25日先头部队到甘州，12月5日到肃州。电文问：“如打通远方为主要任务，我在现地区创造根据地不能不居次要地位。如遇特别情况，是否我们将去打通远方？”
朱、张电示徐、陈：“你们兵力应相当集中，以迅速打通远方为要着。”
古浪大战进入第二天。敌军首先以飞机、大炮猛烈轰击红军阵地，红军的许多工事被摧毁。接着，敌军步骑合战，轮番攻击。红军将士拼死抵抗，打退了敌人的许多次进攻。一股敌军从北关突入城内，红军与之展开激烈巷战，短兵相接，白刃格斗。第二十七师一部迂回到敌后，将冲入城内的敌人逐出。战斗结束后，红九军紧急召开干部会议，调整组织，将第二十六师和教导师的人员，补入第二十五师和第二十七师，准备迎接次日大战。
红三十军第八十八师进占武威西四十里堡。
敌《剿匪概述》记载：上午“我后援部队由（古浪）东西城门一拥而入，继以冲锋肉搏。血战至正午时候，匪死伤枕藉，血流满城，匪即由城中退出。于是，全城阵地被我占领。惟我民团阵线动摇，匪复倾其全力反攻，意在复占城中。我为免其巨大牺牲，暂退出城，整理后再行攻击”。
西路军将在土门堡俘获的敌骑五师工兵团180多名回民士兵及所带枪支，交与马步青部。
国民党第三十七军毛炳文部全部渡过黄河，向景泰、古浪开进。
11月18日
张、毛、周致电徐、陈，对17日电报中请示的问题作出答复。电文说：国际援助的物资恐准备不及，运输也来不及，并且由肃州到安西有八天坏路，人烟稀少，安西亦荒僻。如使东面地区为毛炳文部过早占去，回旋地区狭小，对红军不利。我们意见，西路军在现地留驻一时期，加紧军事训练，恢复体力，检查政治工作，与人民发生良好关系。军事上应以一部控制古浪险要，远拒毛炳文部。
毛泽东致电朱、张，指出：要集中兵力消灭胡敌，一战而胜，前途大佳。因为“只有战胜胡军，才便于开展新局面，才是策应河西（红军）的好办法”。
周恩来从保安抵达环县北部的河连湾，受到朱德、张国焘、林育英、彭德怀、贺龙的欢迎。周恩来此行，一是欢迎朱德、张国焘、贺龙、任弼时及二、四方面军长征北上，二是协助彭德怀制定山城堡战役计划。
古浪大战进入第三天。马家军在马元海、马彪指挥下，倾巢出动，步骑结合，从古龙山、西阳洼、北关三面向古浪城红九军展开攻击。红九军依托残塌的城墙与敌殊死血战。固守古龙山、西阳洼阵地的红军将士，同敌浴血战斗，全部壮烈牺牲。敌人夺取古龙山、西阳洼制高点后，又集中兵力攻城。敌骑兵突入城内，红军展开巷战，战斗十分惨烈。红九军在古浪城苦战三日，毙伤敌2000余人，自身伤亡亦巨，军长孙玉清受伤，军参谋长陈伯稚，第二十五师师长王海清、政委姜启化，第二十七师政委李明德、继任政委易汉文，骑兵团长黄高宏，军司令部二科科长王少清等2400余人壮烈牺牲。是日晚，在红三十军第八十八师二六八团接应下，撤离古浪县城，急行军进入武威县境。
红三十军军长程世才率第八十九师二六七团、二六九团及骑兵师西进永昌，永昌县城守敌和民团已先期退逃，红军兵不血刃，占领该县城。
红五军由古浪县土门堡出发，向武威以西开拔。
西路军总部进驻武威城南陈家庄。是日晚，西路军军政委员会开会讨论红九军古浪失利问题，决定撤去孙玉清、曾日三职务，由副总指挥王树声兼任九军军长，派李聚奎任九军参谋长，徐太先任政治部主任。
11月19日
徐、陈致电林、朱、张、毛、周，报告红九军古浪战斗失利情况。电文说：九军渡河至今伤亡两千四百左右，干部伤亡极大，人弹消耗也大。请转远方准备一切，最好能早与我们接通，并送一批子弹接济。
林、周、朱、张致电徐、陈：西路军应在永昌、甘州、凉州、民勤地区创立根据地，以一部向古浪、土门方向活动，一部夺取甘州、肃州至安西地区，并可以一部在民勤活动，迷惑敌人，使敌疑西路军有从民勤出定远营的企图。
林、朱、张致电中央军委：“西路军已占永昌，拟以主力在凉、甘间发展，以一部西出肃州、安西，并决定派袁立夫秘密入新疆转国际联络”，“请中央军委电示”。
西路军总部移至武威西四十里堡。
红三十军留一部守永昌，军长程世才率第八十九师第二六七团、第二六九团及骑兵师直趋山丹。
红五军进抵武威以西之丰乐堡。
红九军行至武威达家寨后，分作两路：王树声率军部及第二十七师绕道武威城北，经清原、下双、洪祥、陈冲堡一线，进入永昌县东部之杜家寨；陈海松等率二十五师进至武威西四十里堡，次日又西移永昌县东部地区。
进驻永昌县的红军，扫荡地方反动势力，“向民众宣传赤化”。
马家军进入古浪县城后大肆烧杀抢掠，放火烧了十多家商号和许多民房，古浪城被抢劫一空，将红军留在城内的220余名重伤员全部用马刀砍死，并杀死群众多名。
11月中旬
敌马步芳害怕西上红军进入青海，遂调动部队和民团在祁连山北麓之皇城、大马营、扁都口及南麓之俄博，布防堵截。
11月20日
张闻天、毛泽东致电徐、陈：你们主力应放在永昌、肃州之线，坚决保持东边回旋地区，以小部队进占安西、敦煌。袁立夫可随进占安西之部队去安西，再到哈密。接济弹药及派人接洽帮助等事，正进行中。
西路军总部在武威西十里堡召开军民大会，徐向前到会讲话，宣讲西路军西进新疆，是为了打通国际路线，取得苏联援助，抗击日本帝国主义的侵略。之后，西路军剧团演出文艺节目，处决了罪大恶极的国民党区长吕天寿。红军地方工作部没收地主魏茂盛等人的财物、粮食，分配给贫苦百姓。
国民党中央军杨德亮补充旅进抵古浪县城。
红军在向古浪、武威转移途中，马步芳部队疯狂搜捕红军掉队人员，总数多达400余人，许多人惨遭杀害。
11月21日
西路军主要领导人徐向前、陈昌浩，在红军作战与创建河西根据地重大问题上发生分歧。陈昌浩认为：现在形势大好，马家军已被我们基本击溃，我们能在永凉地区建立根据地；徐向前则认为：敌人被基本击溃有个标志，就是我们转入进攻，敌人转入防御，现在恰恰相反，敌人是优势，我们是劣势，敌人有后方、有补充，我们没有。九军在古浪被敌人搞了一家伙，弄得不好，我们还要吃亏。陈昌浩以自己拥有决定权，不听徐向前意见，决定按中央指示，在永凉地区建立根据地。
徐向前以徐、陈名义致电林、张、毛、周、朱、张等，报告西路军情况及遇到的困难。电文说：“我们现在各军子弹平均三排到四排，五军每人只有两排，各军机枪子弹甚少，炸弹消耗甚多，存者无几；伤亡共二千八百，掉队约六百，干部伤亡大；棉衣缺少四分之一，皮衣收集甚少。天寒，早晚零下二三十度。扩红不到五十人。三十军、五军体力未恢复，九军日夜战行，极疲劳。现全人数18425人，战斗员占百分之六十，但士气甚旺。此间堡寨、土围极多，不便出击与运动战。大路两翼平行路多，敌便于迂回。敌常以集团骑兵猛犯，不易消灭。”
林、周、朱、张从陇东致电西路军并报中央军委，对西路军行动作如下指示：三十军应占有利阵地，坚工集粮，如遇敌决战，须集优势兵力，达到有把握消灭敌人的目的。
西路军总部机关进入永昌县城，驻南街天主教堂，决定以永昌、山丹为中心建立根据地。
程世才率第二六七团、二六九团及骑兵师，进占山丹县城。
红三十军奉总部命令，将主力布防于武威西北部之四十里堡、丰乐堡一带拒敌，军指挥部驻南魏家庄。部队积极备战，修筑工事，准备迎击来敌。
红五军两个团在政委黄超率领下，进入永昌县境内。
红三十军第二六四团撤除武威县城的包围后，西移丰乐堡。
马步青在武威新城召开军事会议，根据马步芳旨意，制定围攻红军计划，再次宣布马元海为马家军河西参战部队总指挥，直辖第一〇〇师骑兵旅马步銮团、第二九八旅刘呈德团、骑五师祁明山旅、循化县上四工民团韩忠良旅、西宁市鲁沙尔民团马庆旅；任命马彪为骑兵第一路指挥，辖青海南部警备第一旅、第一〇〇师骑兵旅马忠义团、门源县民团（共三个团）；任命马朴为骑兵第二路指挥，辖第一〇〇师骑兵旅直属部队，青海保安处骑兵第一大队马德胜部、第二大队陈嘉禾部、第三大队韩进禄部；任命马禄为骑兵第三路指挥，辖骑五师第一旅及第二旅韩起禄部；任命韩起功为步兵第一路指挥，辖第一〇〇师三〇〇旅、一〇〇师直属手枪团马玉龙部、甘州民团（共六个团）；以骑五师手枪团马呈祥部、第一〇〇师二九八旅五九五团为预备队。各部队务于11月22日开始行动。
国民党《青海日报》讯：“青马部队在古浪之役中受伤士兵有5000余人；打死红军2000余人，获步枪800余支，机枪17挺。”
敌《剿匪概述》记载：“匪大部已窜至西四十里堡。匪队形密集，约有三千人，在各高地筑有坚固防御工事，且东西调遣忙碌。”
11月22日
张、毛、周等致电徐、陈等，指示西路军要团结一致，完成新任务。电文说：我们面前虽摆着困难，然而是能够战胜的。凡“伟大任务之完成，均为诸同志之坚强与正确的领导是赖”。
毛泽东、张闻天致电潘汉年，指出：“迫蒋停止剿共，是目前抗日统一战线的中心关键。”
山城堡战役胜利结束。是役，红一、二、四方面军部队团结战斗，歼灭胡宗南部一个整旅又两个团，扭转了陕甘地区的战局。
西路军军政委员会发布《告全体指战员书》。号召全体指战员发扬艰苦奋斗精神，克服一切困难，坚决战胜敌人，加紧创造永凉根据地，为完成党中央赋予的光荣任务而奋斗。此后数日，西路军各部队分别召开党员、团员、军人大会，传达学习《告全体指战员书》，进行创造根据地的政治动员，开展加强组织纪律观念、提高部队战斗力的宣传教育工作。
西路军供给部、卫生部、剧团及妇女团一部，进驻永昌县城。
敌马元海率刘呈德团、马步銮团及祁明山旅、韩起禄旅向武威西四十里堡（今永丰乡）红三十军八十八师阵地猛烈攻击，八十八师在军政委李先念指挥下，坚守堡寨，奋勇抗击，毙伤敌500余人。该师第二六八团在堡东截获敌汽车两辆，缴获所载弹药、食物等物资。入夜，第二六五团偷袭敌祁明山旅，打死打伤敌军甚多，缴获战马百余匹。
国民党甘肃绥靖公署所属之杨德亮旅，进驻武威县城。
在马步芳逼令下，青海循化民团韩忠良旅、门源县民团、青海保安处民团三个大队，抵达武威、永昌境内参战。
敌《剿匪概述》记载：“拂晓，我先以炮火向匪（西四十里堡）阵地猛烈射击，使匪后方不得活动；继用步兵向匪阵地逼近。匪以密集队形攻我阵地，前仆后继，节节向我进逼，我警戒阵地守兵不得已退回本阵地，以大炮掩护，坚固防守。”
蒋介石再到西安，分别召见张学良、杨虎城，督令张、杨迅速进兵“剿共”。
11月23日
