中央紅軍進入陝北以後，老蔣確實有些無能為力。目前江南仍然有紅軍的殘余勢力在蠢蠢欲動、活動猖獗。本著鏟草除根的原則，必須要永絕後患。再加上紅軍在川西一分為二，一股較大的紅軍部隊突然南下，老蔣被迫又開始排兵布陣。
連番征戰，中央軍疲憊不堪，很多部隊要進行休整。更重要的是老蔣資金出現了問題，由于他的根基一直不穩定，中央政府的資金支持必須仰仗江南沿海一帶大財團的捐助，這種無度的揮霍，沒有人能承擔起，沒有辦法老蔣只好向外國財團借債。
南京軍事會議結束後，對于中央紅軍到達陝北，老蔣只好仰仗北方雜牌實力對付紅軍。雖然他口頭說的天花爛醉，其實北方各個勢力心里都十分清楚。老蔣讓各部繼續圍剿紅軍，其目的也是繼續消耗各方的實力，有一石二鳥之功效。
老蔣的算盤精明之處無人不曉，可是北方各軍閥擔心中央軍借此進入他們各自的勢力範圍，勉為其難也得有所行動，但是真正賣力的沒有幾個。其實他們如果了解真相，了解了老蔣受連番征戰所累，短期內已經沒有能力向北方用兵，恐怕就不會在陝北再發動第三次圍剿。
而到達陝北的這批政治精英，他們審時度勢，完全看出了中國的政治格局的玄機，因此主席才大膽的提出了，如果粉碎了國民黨對陝甘根據地的第三次圍剿，國民黨必將在相當長時間內無法對陝甘根據地產生威脅。尤其是主席驚聞山西晉軍的「異類」，信心大增之下，決定大膽的在直羅鎮和張家灣地區殲滅進犯的敵軍兩個師。
這次對陝甘根據地發動進攻，主要是中央紅軍到達陝北的緣故，老蔣在極為不安的情況下，總共動用了5個師的兵力。並以五十七軍董英斌部四個師在西部自慶陽合水出動，並沿葫蘆河經太白鎮東進，以王以哲部一個師為東路在洛川前出，經洋泉鎮沿葫蘆河西進，企圖東西對進，圍殲紅軍于葫蘆河、洛河之間地區。
其實敵軍並不知道紅軍的真時兵力，為了粉碎敵人的進攻，主席大膽制定了，集中兵力向南作戰。並置東線王一哲部于不顧，全力對西線冒進的109師、106師已于圍殲的作戰計劃。由于局部歷史已經發生變化，紅軍按照原有的歷史，兵力整整多了三倍。
十一月中旬，第109師在師長牛元峰率領下，在敵機的配合下，由葫蘆河西側快速的向直羅鎮推進。戰斗，按照計劃紅五軍團一部，實施節節阻擊，延緩敵軍的推進速度，並逐漸將敵109師誘入直羅鎮，進入紅軍的預設戰場之內。接著紅一軍團、紅二軍團主力在彭德懷指揮下，于子夜發動了全線攻擊。
紅一軍團兵力展開後于北部、西側首先搶佔了直羅鎮北山，切斷敵軍退路。紅二軍團分別由西南、正南、向實施包抄，並進攻直羅鎮南山和向，防止敵軍東逃。戰斗打響後。紅五軍團主力，在東部的侯家莊一帶，對西援的117師王以哲部實施阻擊作戰。
與此同時，曾擔任過阻擊109師任務的第五軍團一部，在直羅鎮圍殲戰打響後，又反身對火速跟進的106師實施阻擊，而率領的紅三軍團、紅四軍團，分別在張家灣地區兩翼伺機展開，同時瞄上了106師，一場圍殲作戰，又要拉開序幕。
戰之當天午時，直羅鎮戰斗已經沒有任何懸念，敵軍沒有想到紅軍部隊居然有大量迫擊炮，而且炮火十分猛烈，關鍵是紅軍的彈藥十分充足。在幾輪轟炸中，敵軍的防線便潰不成軍。戰之午時，109師指揮部遭到迫擊炮覆蓋，師長牛元峰及屬下將官大部分被炸死。群龍無首，殘余的敵軍很快投降了。
此時，主席的指揮所就設在直羅鎮的南山上，戰斗最激烈的時候，他站在高處手里拿著望遠鏡，細心的觀察戰場情況。「真沒想到，迫擊炮在近距離作戰能發揮如此功效，部隊攻堅傷亡將大大減少。」周恩來興奮說。朱德接說︰「听說這些迫擊炮都是山西軍工廠生產的，威力如此猛烈真是不可想象，我們預計傍晚能結束戰斗，現在已經進入尾聲了。」
這時一名作戰參謀上前說︰「主席，彭軍團長要求，讓紅一軍團撤出大部分兵力，投入對106師作戰。」主席放下望遠鏡望了恩來和朱德一眼果斷說︰「兵貴神速，告訴指戰員，發揚我軍連續作戰精神，決不讓106師跑掉。」
敵106師在紅五軍團的節節阻擊下，好不容易前進到距離直羅鎮還有20里地，可是他們獲得了109師被全殲的消息。該師長大驚之下立即選擇撤退，後面跟進的108師聞訊後比兔子跑得壞快，率先向後面撤退了。
機會來了，率領在張家灣兩側伺機的紅三軍團、紅四軍團，分南、北兩個方向包抄過來，在張家灣鎮，紅三軍團一部搶先攻佔，切斷了106師的退路，接著紅三軍團由西、北兩個方向，紅四軍團由正南方向實施包抄。擔任阻擊的第五軍團一部匯合紅一軍團增援上來的主力，由東側，把106師團團的包圍在張家灣鎮和直羅鎮之間的積水侍。
此時位于太白鎮的五十七軍指揮部，軍長董英斌聞訊大急，他火速命令撤退的108師回身救援106師，可是在太白鎮遭到紅三軍團一部的有力阻擊。本身108師就是驚弓之鳥，進攻幾次無果，便停止不前，坦率說也不可能玩命救援。
次日臨晨戰斗打響，四面八方開始了全線總攻。本身積水侍就無險可守，再加上軍無斗志，戰斗進行到中午，106師大部被殲，該師長在毫無希望的情況下，這好選擇放下武器投降。在張家灣鎮受阻的108師聞訊106師全軍覆沒，便倉皇而逃。在張家灣鎮擔任阻擊的紅軍部隊，趁機追擊，在追擊過程中，居然消滅了敵軍一個營。
直羅鎮大捷，事後經過統計，消滅敵人兩個師又一個營，共13000余人，擊斃109師師長，俘虜106師長的偉大勝利，同時也粉碎了第三次圍剿。直羅鎮戰役結束後，五十七軍軍長董宜斌率領111師、108師在太白鎮倉皇南逃。而117師王以哲部也迅速由富縣撤往洛川，精心策劃的第三次重兵圍剿，以失敗而告終。
戰後為了顧全大局，為了團結廣大東北軍官兵一致對外，盡快形成民族統一戰線的格局。主席高瞻遠矚的下令，全部釋放在直羅鎮戰役被俘東北軍官兵。直羅鎮戰役結束後，張學良十分郁悶，為了向老蔣交差下令撤了董宜斌軍長的職務。
一仗下來就損失了兩個師，盡管兩個師不是齊裝滿員，但是畢竟是心頭肉，由此在東北軍官兵內引起了不滿情緒，尤其是被俘的官兵被釋放後，這種情緒愈演愈烈。老蔣並沒有過分責備張學良，反而對張學良進行安撫。
本來東北軍的口碑就不好，這次又對紅軍作戰，張學良及屬下又成為被輿論攻擊的對象。這天在西安剿總司令部，張學良手里捧著報紙沒有看完，便郁悶的扔在一邊。這時副官進來報告︰「報告少帥，楊虎城將軍求見！」張學良一愣，馬上吩咐請客人進來。
雙方寒暄了幾句，楊虎城見張學良神色郁悶說︰「張將軍，現在國難當頭，我們不能再自相殘殺了，別說你的部下，即使我的部下他們也厭戰和紅軍作戰。共黨提出聯合抗日的主張，很得民心，我們必須認真對待。」
見張學良沉默不語，楊虎城接說︰「張將軍，你看看我們周邊那個願意和紅軍作戰，遠的不說，山西晉軍那位穆司令，其強大的軍事實力都按兵不動，就連寶雞的王德彪都躲到青海去了，而我們卻被負罵名，兩敗俱傷誰最後是贏家。」張學良若有所思。至此，張學良和楊虎城走到一起，並為一年後的西安事變埋下伏筆。
山西太原晉軍司令部，穆亞平手里拿著陝甘根據地紅軍總部發表的告東北軍全體官兵說︰「紅軍這一仗打得太漂亮了，不僅軍事上取得了決定性的勝利，也在政治上充分瓦解了東北軍的斗志，今後老蔣若想再向陝甘發動大規模的進攻已經不可能了，這是中央紅軍到達陝北的奠基之戰。」
傅作義笑說︰「這不正是你所期待的結果嗎？共黨在陝甘立足、壯大，對于一致對外，形成抗日的大局，無疑起到了推動作用，下一步你有什麼打算？」穆亞平笑說︰「我們靜觀其變吧！既不能公開站在共黨的立場上，同時還要和共黨保持密切的聯系。下一步的變局就看張學良的了，說不定能給我們意外的驚喜。」
直羅鎮戰役結束後，紅軍總部開始把眼光瞄向山西，其巨大的誘惑力任誰都不可能熟視無睹。