1939年12月25日夜，西路军总部决定撤出永昌、山丹，继续西进。以红五军为前卫，由军长董振堂率领，从山丹出发；总部率红九军、直属部队居中，从永昌出发；红三十军为后卫，从永昌西部之水磨关地出发，沿祁连山边向西挺进。红五军绕甘州城北，于12月31日抵达临泽（今萝泉），国民党军政人员、民团兵丁闻风弃城潜逃，红军占领县城。
红五军占领临泽后，由军政委黄超带领所属第三十七团、第四十三团留守。董振堂军长率第三十九团、第四十五团及骑兵团（辖两个连）共2000多人，星夜向西挺进，于1937年元旦一举攻占高台县城。随后，总部一部分直属机关也进驻临泽；红九军越过黑河，进驻临泽城南之沙河堡（今临泽县政府驻地）；红三十军也在甘州以南龙首堡附近渡过黑河，同西路军总指挥部进驻倪家营子。西路军在临泽境内与反动的马步芳、马步青部作战长达69天，进行了许多次艰苦而卓越的战斗，消灭敌人达一万多人。

（一）坚守临泽县城西路军从山丹、永昌撤离时，马步芳和马步青立即调动其部队尾追到临泽，其一部驻扎在县城以西的新添堡、赵家寨子，城北的罗家庄子、魏家庄子，城东的赵家湾子一带；其主力则到高台县城攻击红五军。到1月中旬，在高台的红五军主力被敌围困的同时，敌总指挥马元海又命令其中路部队"集中火力进攻临泽城红军",临泽县城即由敌军马朴旅、刘呈德团、马步銮团及一批民团包围。
驻守临泽城附近的只有红五军两个团，约千余人，城内驻有供给部、卫生部、兵工厂、总医院及驮运全军经费的辎重队等。这些单位与西路军的生死存亡息息相关，是西路军的生命线。还有抗日妇女先锋团第二营。西路军总指挥部命令他们坚守临泽城，保卫总医院、兵工厂坐单位。

1937年1月20日高台县城失守，敌军增调马禄旅等五团兵力围攻临泽县城。城内的红军除了一个警卫连，其余都是后勤、医务、勤杂人员，而且大部分是女同志，战斗力较弱，处境困难。西路军供给部部长郑义斋命令总部四局科长秦基伟担任守城指挥。他说："我们的处境虽然困难，但我们要时刻想着全军，全军不能没有我们，要下定决心保卫总医院、兵工厂的安全，就是流尽最后一滴血，也要坚决战胜敌人。"经过研究，把城内的机关干部和医护、修械、勤杂人员都组织起来，不分干部战士，按战斗需要，统一编为班、排、连战斗组织，投入作战；男同志上城打仗，女同志救护伤员、运送弹药、供应给养；警卫连由秦基伟掌握，机动使用。
临泽城虽小，但整齐而坚固，周长一里三，四个城角建有角楼和炮台。城四周有6米多宽、三米深的护城壕沟。城外是开阔地，利于防守。红军凭险据守，奋力抗敌，保卫县城。

敌人的进攻开始了，守城的红军坚决抗击。拥在城下的敌兵口出狂言，辱骂女战士。女同志忍无可忍，怒不可遏，要求与敌人拼杀。可是守城红军枪支很少，子弹也不多，敌众我寡，不能轻易出击。秦基伟同志说："我们的任务不是出击，而是坚守城垣，在坚守中大量杀伤敌人。"同志们只好压住满腔怒火，努力加筑城防工事，把石头、砖瓦、木料以及能杀伤敌人的东西都搬运到城头，准备打击敌人。数百名女战士既是战斗队，又是运输队、救护队。郑义斋同志既是指挥员，又是战斗员，哪里要紧，他就奔往哪里。敌人攻城了，他上城冒着炮火指挥战斗；等把敌人打退了，他又下城督促赶快制造手榴弹；紧张时，他还亲自拉风匣，参加军工生产。整个城上城下，一片战斗繁忙的气氛。
敌军攻城未得进展，总指挥马元海说："这样一座小城，攻取不下多丢人，大家要鼓劲，一定要攻破。"第二天拂晓，敌人又开始了进攻。马元海先令两门山炮轰击城墙，几分钟后，城墙上被轰开一道缺口。接着又令刘呈德团抬着梯子，挥舞着马刀，在呐喊声中向城下拥来。城上的红军向敌人喊话："中国人不打中国人，联合起来打日本。"但敌人不理，继续攻城。守城的红军集中所有的步枪、手枪、手榴弹，痛击敌人，前面的被打退了，后面的又拥上来，再一次被红军打退。红军不但用火器打击敌人，还用砖瓦石块等物砸敌人，扔在城下的破砖烂瓦覆盖了地面，敌军死亡枕藉。敌军虽三番五次的攻城，但均未得逞。敌旅长马禄慨叹说："临泽城虽小，好似铁皮包裹一般坚固，我们的部队已经伤亡不少，真不容易攻啊。"

守城红军的伤亡也在逐渐增加，前面的同志倒下去了，后面的同志立即补充上来；砖瓦、石块打完了女战士们就立刻运上来。驻在城外的部队，打退了向他们进攻的敌人之后，又来支援，把攻城的敌人击退。
第三天，敌人从几个方面同时发起攻城战斗。敌军骑兵、步兵在城外来往穿梭。敌炮火不断地轰击城墙。北城外30米处有一条水渠，这时水已干涸，敌军便利用它作掩体，向城上的红军猛烈射击，整个临泽城被炮弹的爆炸声淹没，一会儿又被喊杀声、枪声淹没。敌人用山炮将城西北角轰开了几个口子，几十个人抬着梯子，头顶罗锅往城上爬。刚爬到半城腰，梯子就被红军从城头上扔下的擂木、石硫砸断，敌兵凌空坠落，不少人死伤。刚打退了这一处敌人，城东北角又被轰开缺口，敌人架上了五个梯子往上爬，秦基伟急忙带领机动排前往阻击。战士们有的把马尾手榴弹向敌人扔去，有的手握长矛把爬上来的敌人刺翻，有的把一块块大石头向敌兵砸去。这时，梯子上的敌兵不断地向上爬，梯子下面的督战队抡着马刀，逼着士兵往上爬。警卫连长见状，便指挥战士们用力把梯子推过去，接着梯子复而返回城墙，"咔嚓"一声，折断为数节，梯子上的敌人从半空中摔了下去。红军战士们趁势向城下的敌人开火，打得敌兵东倒西歪，死的死，伤的伤，活着的向后退逃。

有一排红军据守着县城西南的一座角楼，用机枪击退了敌人的数次进攻。他们的顽强抵抗引起敌人的注意，便用大炮轰击，引起大火焚烧，使角楼化为灰烬，全排红军战士也壮烈牺牲。
红军几天来的奋力抗击，不但使敌军破城的企图失败，而且使敌人付出了很大代价，进攻最卖力的刘呈德团，士兵被击毙100多人，击伤300余人，副官、营长、营副和连、排长负伤者20多人，其他各部的官兵死伤也不少。
1月23日，城内红军接到总部要他们突围的命令，郑义斋和秦基伟决定，当日夜乘敌军暂停进攻的空隙突围，向倪家营子转移。他们留下警卫连的两个班在城内牵制敌人，其余人员迅速撤出，在兄弟部队接应下转移。他们摸黑过了皇渠，刚进入沙嘴子，便遭敌人伏击，经过十几分钟的混战，红军杀开一条血路，冲了出来。经过一夜苦战，经过宋家大寨子、沙河堡等地，奔赴倪家营子。次日晨，留在城内作掩护的20多个红军战士和未及走脱的一些工匠、伤病员，还有300余峰骆驼，均被敌人俘获。

（二）浴血刘家墩
在敌军围攻临泽县城的同时，驻在城东五里刘家墩子的红五军部队，也遭到马家军一个团的攻击，双方发生了一场恶战。
刘家墩子北靠黑河，南临沙漠，居住着六七十户农民。农历腊月初八早饭时，驻在赵家湾子的马家军沿黑河南岸向刘家墩子袭来，向红军发起猛烈攻击；另一股敌军从南面的一条水渠里爬上来，挡住了红军的去路。红军立刻迎敌，进行还击。经过一场激战，一部分红军被迫撤到离河岸不远的北庄子里。这时一股敌军占据了夫子楼，另一股以河岸作掩护，夹击这部分红军。顷刻，北庄子一带炮火连天，弹痕遍地。红军奋力抵抗，马家军攻击受挫。过了一会儿，敌军用炮火打倒庄墙，一股敌人冲进北庄子，红军在院内与敌展开拼杀，打得十分激烈。战斗到后来，红军从堂屋的后墙凿开一个洞，突围脱身，留下作掩护的几个同志壮烈牺牲，其中有一位营长，战斗到最后，也以身殉职。
当日晚，驻在刘家墩附近唐家湾寨子的红军一个团，顺南大沟赶来，以坟墓和沟坡作掩护，向马家军发起攻击，毙伤敌两三百人，接应刘家墩子的红军转移。

（三）鏖战倪家营子
倪家营子地处临泽县城东南七十多华里的山坡地带，南北长十多里，东西宽三四里。整个村子南高北低，四周是农田和戈壁滩，村南十多里即是祁连山脉。此地地广人稀，涝池蓄水，人畜共饮。全村分为上下营子，共有大小屯庄43个。红军集中到这里后，分驻在各个屯庄里，西路军总指挥部设在下营子缪家屯庄，红三十军军部驻在李家庄子，军政治部设在曹家烂庄子，供给部和兵工厂设在总指挥部附近的罗家庄子，妇女团、少年团、总医院等单位也都住在缪家屯庄附近的几个庄子里。

这时，马家军也把全部兵力集中到倪家营子周围，共有五个骑兵旅、三个步兵旅、三个独立团和五个民团，兵力达两万余。
在这种形势下，西路军总指挥部决定固守倪家营子，等待时局变化，等待军委指示。于是一面开展群众工作，进行政治宣传，筹备给养，救护伤员，帮助建立地方政权；一面重新调整部队编制，将红五军剩余部队与红三十军合编，第三十七团编入第八十八师，第四十三团编人第八十九师。总部还决定精简机关，充实连队，以增强战斗力。
这时，西路军尚有一万余人，战斗部队约8000人，红九军和红三十军两个军共有10个团的建制。按照总指挥部的部署：红三十军固守倪家营子的西南方向，红九军布防在东北方向，两军阵地相连接，与敌对峙。红军积极进行战备，修筑作战工事。凡是驻扎的村寨、屯庄、庄院，红军都在围墙上挖了枪眼和垛口；在敌人进攻的主要方向布设了鹿尝，以阻止马家军骑兵的进攻。红军在汪家墩设了第一道防线，在王学书的屯庄设了第二道防线，缪德荣的屯庄为第三道防线。红军严阵以待，准备抵抗数万敌军的进攻。

2月1日，敌人对倪家营子的红军开始了进攻。第一次进攻被红军打退后，接着又发动了两次进攻。每次进攻，敌军都使用了两个旅以上的兵力，进攻的主要方向是红三十军八十八师的阵地，特别是二六三团固守的王家屯庄。这个屯庄位于红军的前沿阵地，因此被敌人视为眼中钉，组织了许多次进攻，每次都是先用大炮进行猛烈轰击，然后用步兵猛冲。红军部队的战士们在倒塌的工事里、弹坑里坚持战斗，用步枪、机枪瞄准敌人射击。尽管敌人的轻重机枪疯狂叫嚣，弹雨横飞，但红军将士们还是沉着地坚守在阵地上，当敌人进到阵地二三十米的时候，红军战士们便像猛虎一样跳出工事，挥舞战刀奋勇杀敌。敌人抛下满地尸体，狼狈溃逃。
敌团长刘呈德在回忆录中写道：这次马家军进攻红军的战斗非常激烈，红军在密集炮火的猛攻下进行反击，使马军遭受重大伤亡，特别是韩起功旅谭呈祥团伤亡最大。战后，马元海怒斥韩起功说："你平时养尊处优，临阵作战软弱无能，使左右翼遭受空前损失。"为挽救颓势，韩当夜又命谭团第二营反攻，并一再说："务须奋力死战，以保全旅荣誉。"该营营长孟全录奢望立功，将全营兵力编成两个梯队，在重机枪和山炮的掩护下，向红军轮番攻击，但受红军火力阻击，毫无进展。

2月中旬，敌总指挥马元海为了达到攻破红军防线的企图，他将其一 OO 师三 OO 旅的谭呈祥步兵团布置在第一线，作正面进攻；将马步銮骑兵团、马禄骑兵旅、马步康步兵旅混合编成步骑结合的部队，连同各民团人马，分置于左右两翼，配合行动，连续攻击红军。攻击战斗开始后，敌军全线进攻，红军坚守围寨庄堡，拼命防守。一次，双方激战到日落时节，谭呈祥团的一个营才勉强靠近红军的前哨庄堡，但未得喘息，就受到红军的猛烈反击，便狼狈退回。连续多日的战斗，红军击伤敌骑兵旅长马朴，击毙敌营长2人、连排级军官70余人，配置在左翼的循化民团旅长韩忠良、团长马亚子也被击毙，士兵和民团死伤达400余人。
在坚持倪家营子的战斗中，汪家墩是战斗最为激烈的地方，汪家墩是一个用黄泥土坯砌筑的四方形空心墩，墩基长宽各11米，高15米，墙厚3米。墩内是木料搭成的板楼，一层、二层有顶板，第三层没有顶板，只有一人多高的护墙。墩外有两米多宽、一米多深的壕沟，壕沟外便是开阔地。这个墩坐落在倪家营子的中上部位，因地势较高，深沟高垒，站在顶端，可以瞭望四野，用火力可以控制四面，故红军将此改造成为最前沿的一个碉堡。由于这个墩是个制高点，敌军对此墩的争夺也很厉害，因此这里的战斗一直很激烈。

先是红三十军八八师二六三团三营政委周纯麟带领九连坚守在汪家墩。九连的指战员从头天晚上进驻这里，苦战到第二天下午四五点钟，就打退了敌人的十多次进攻，使敌人在墩周围丢下四五百具尸体。九连也付出了很大代价，130多名同志只剩下9个人，其中有4个人还负了伤。
黄昏时分，军政委李先念和师、团首长来到汪家墩前沿阵地，紧紧地握住周纯麟的手，低声安慰道："不要难过，你们打得很好！敌人用炮打，用机枪打，用手榴弹炸，没有打垮你们；用重兵围，没有围垮你们；又用火烧，也没有烧垮你们，你们像铁钉一样，钉在这个阵地上．阻止了敌人的重兵讲攻，你们真了不起！"接着九连的同志被营长带了的八连换下去了。

八连坚守在汪家墩，打退了敌人数十次进攻，汪家墩仍然掌握在红军手中。几天后，周纯麟政委又带领七连来换防，继续坚守这座前沿碉堡，战斗比以前更激烈、更艰苦。坚持到后来，他们听到团部发出突围信号，他们便迅速撤离汪家墩，向团部靠拢，来到了团部驻地（宋廷杰的屯庄）。经过激战的汪家墩，四面墙壁被打得像蜂窝，至今仍是弹痕累累，陈迹犹存。

敌人的进攻屡遭挫折，便一面从正面攻击，一面又从两翼进行包抄，曾两度攻入红军阵地，但受红三十军二六五团和二六八团反击，及时将敌人打了出去。夜间，红军战士们组织小分队出击，打得敌兵神魂不安，一夜数惊，有时还引起敌人自相开火。
一次，红军获悉马家军运来一批军火，存放在15公里以外威狄堡附近的雷家屯庄里，有一排敌兵守护。于是红三十军便命令"夜老虎团"-﹣二六五团组织小分队夜袭，摧毁这批军火。该团受命后，便抽调二十几个战士组成小分队，轻装奔袭。小分队利用夜幕掩护，迅速接近了雷家屯庄，绕过哨兵，搭起人梯，一层层叠上去，然后放下绳索，战士们抓着绳索溜下去，悄无声息的收拾了正在熟睡的敌兵，点燃了军火。当红军战士们撤出屯庄大门后，屯庄里便燃起熊熊大火，弹药在烈火中连续爆炸起来。这次奇袭，红军全歼敌人一个排，炸毁弹药24马车，烧死军马27匹，红军无一伤亡。