１９３５年１０月，中国工农红军陕甘支队长征到达陕甘苏区。与此同时，红军第十五军团在陕甘苏区第三次反“围剿”中又取得劳山战役的胜利。蒋介石对此极为震惊，立即重新调整“围剿”部署，以5个师的兵力，企图首先构成沿葫芦河的东西封锁线，并打通洛川、鄜县（今富县）、甘泉、延安之间的联系，构成沿洛河的南北封锁线，限制红军向南发展，尔后采取南进北堵，逐步向北压缩的战法，消灭红军于洛河以西、葫芦河以北地区。11月1日，国民党军第五十七军代军长董英斌率4个师，由甘肃省庆阳、合水经太白镇沿葫芦河向鄜县东进，其先头两个师于当日进占太白镇。
11月初，陕甘支队在甘泉附近地区同红十五军团会合，随即恢复红一方面军番号，彭德怀任方面军司令员，毛泽东任政治委员，下辖第一、第十五军团，共1.1万余人。为打破国民党军的“围剿”，红一方面军决定集中兵力，向南作战，首先歼灭沿葫芦河东进之第五十七军一两个师，尔后视情况转移兵力，各个歼灭。11月上旬，红一军团进至鄜县西北的老人仓、秋林子地区；红十五军团攻占了直罗镇以东的张村驿、东村等据点，并以1个独立营和1个骑兵连前出直罗镇、黑水寺一带进行游击，监视东进之国民党军。12日以后，红一军团进至九原、上高池、套通地区，红十五军团主力在张村驿、桃花砭地区隐蔽集结。同时，红十五军团第八十一师1个团继续围困甘泉县城，以调动第五十七军东进；另1个团在羊泉镇地区布防，准备阻击东路之敌第六十七军第一一七师。
19日，第五十七军军部率3个师沿葫芦河向直罗镇前进，先头第一○九师进到黑水寺地区，军部及另两个师进至张家湾地区。与此同时，红一军团进至直罗镇东北纸房沟、新窑子、石咀、凤凰头地区集结待机。20日16时左右，第一○九师进至直罗镇。直罗镇三面环山，北依葫芦河，东面山坡筑有土寨子，一条东西大道穿镇而过，地形险要，利于设伏。红一方面军决定抓住有利战机，集中两个军团的优势兵力，求歼第一○九师于直罗镇地区。
20日夜，红一、红十五军团分别由待机地域向直罗镇开进，将其包围。21日拂晓，红一军团由北向南、红十五军团由南向北对第一○九师发起猛烈攻击，激战至12时许，歼其大部，其残部500余人退入镇东土寨子负隅顽抗。此时，东西两路国民党援军迫近直罗镇。红一方面军遂以少数兵力围困第一○九师残部、阻击由鄜县西援之第一一七师，主力向西迎击由黑水寺向直罗镇增援之第一○六、第一一一师。该两师被阻击后，因惧怕被歼，于23日下午沿葫芦河西撤。红一军团主力及红十五军团两个营冒雪跟踪追击，在张家湾至羊角台途中，歼第一○六师1个团，余部退回太白镇。西援之第一一七师遭红十五军团第八十一师部队阻击后，退回鄜县县城。被围于直罗镇土寨子的第一○九师残部待援无望，于23日午夜突围。24日上午，红十五军团将其全歼，击毙师长牛元峰。
此役共歼国民党军1个师又1个团，毙敌1000余人，俘5300余人，缴获各种枪3500余支（挺），打破了国民党军对陕甘苏区的第三次“围剿”，巩固了陕甘苏区，为中共中央把全国革命大本营放在西北举行了奠基礼。
