中央红军进入陕北以后，老蒋确实有些无能为力。目前江南仍然有红军的残余势力在蠢蠢欲动、活动猖獗。本着铲草除根的原则，必须要永绝后患。再加上红军在川西一分为二，一股较大的红军部队突然南下，老蒋被迫又开始排兵布阵。
连番征战，中央军疲惫不堪，很多部队要进行休整。更重要的是老蒋资金出现了问题，由于他的根基一直不稳定，中央政府的资金支持必须仰仗江南沿海一带大财团的捐助，这种无度的挥霍，没有人能承担起，没有办法老蒋只好向外国财团借债。
南京军事会议结束后，对于中央红军到达陕北，老蒋只好仰仗北方杂牌实力对付红军。虽然他口头说的天花烂醉，其实北方各个势力心里都十分清楚。老蒋让各部继续围剿红军，其目的也是继续消耗各方的实力，有一石二鸟之功效。
老蒋的算盘精明之处无人不晓，可是北方各军阀担心中央军借此进入他们各自的势力范围，勉为其难也得有所行动，但是真正卖力的没有几个。其实他们如果了解真相，了解了老蒋受连番征战所累，短期内已经没有能力向北方用兵，恐怕就不会在陕北再发动第三次围剿。
而到达陕北的这批政治精英，他们审时度势，完全看出了中国的政治格局的玄机，因此主席才大胆的提出了，如果粉碎了国民党对陕甘根据地的第三次围剿，国民党必将在相当长时间内无法对陕甘根据地产生威胁。尤其是主席惊闻山西晋军的“异类”，信心大增之下，决定大胆的在直罗镇和张家湾地区歼灭进犯的敌军两个师。
这次对陕甘根据地发动进攻，主要是中央红军到达陕北的缘故，老蒋在极为不安的情况下，总共动用了5个师的兵力。并以五十七军董英斌部四个师在西部自庆阳合水出动，并沿葫芦河经太白镇东进，以王以哲部一个师为东路在洛川前出，经洋泉镇沿葫芦河西进，企图东西对进，围歼红军于葫芦河、洛河之间地区。
其实敌军并不知道红军的真时兵力，为了粉碎敌人的进攻，主席大胆制定了，集中兵力向南作战。并置东线王一哲部于不顾，全力对西线冒进的109师、106师已于围歼的作战计划。由于局部历史已经发生变化，红军按照原有的历史，兵力整整多了三倍。
十一月中旬，第109师在师长牛元峰率领下，在敌机的配合下，由葫芦河西侧快速的向直罗镇推进。战斗，按照计划红五军团一部，实施节节阻击，延缓敌军的推进速度，并逐渐将敌109师诱入直罗镇，进入红军的预设战场之内。接着红一军团、红二军团主力在彭德怀指挥下，于子夜发动了全线攻击。
红一军团兵力展开后于北部、西侧首先抢占了直罗镇北山，切断敌军退路。红二军团分别由西南、正南、向实施包抄，并进攻直罗镇南山和向，防止敌军东逃。战斗打响后。红五军团主力，在东部的侯家庄一带，对西援的117师王以哲部实施阻击作战。
与此同时，曾担任过阻击109师任务的第五军团一部，在直罗镇围歼战打响后，又反身对火速跟进的106师实施阻击，而率领的红三军团、红四军团，分别在张家湾地区两翼伺机展开，同时瞄上了106师，一场围歼作战，又要拉开序幕。
战之当天午时，直罗镇战斗已经没有任何悬念，敌军没有想到红军部队居然有大量迫击炮，而且炮火十分猛烈，关键是红军的弹药十分充足。在几轮轰炸中，敌军的防线便溃不成军。战之午时，109师指挥部遭到迫击炮覆盖，师长牛元峰及属下将官大部分被炸死。群龙无首，残余的敌军很快投降了。
此时，主席的指挥所就设在直罗镇的南山上，战斗最激烈的时候，他站在高处手里拿着望远镜，细心的观察战场情况。“真没想到，迫击炮在近距离作战能发挥如此功效，部队攻坚伤亡将大大减少。”周恩来兴奋说。朱德接说：“听说这些迫击炮都是山西军工厂生产的，威力如此猛烈真是不可想象，我们预计傍晚能结束战斗，现在已经进入尾声了。”
这时一名作战参谋上前说：“主席，彭军团长要求，让红一军团撤出大部分兵力，投入对106师作战。”主席放下望远镜望了恩来和朱德一眼果断说：“兵贵神速，告诉指战员，发扬我军连续作战精神，决不让106师跑掉。”
敌106师在红五军团的节节阻击下，好不容易前进到距离直罗镇还有20里地，可是他们获得了109师被全歼的消息。该师长大惊之下立即选择撤退，后面跟进的108师闻讯后比兔子跑得坏快，率先向后面撤退了。
机会来了，率领在张家湾两侧伺机的红三军团、红四军团，分南、北两个方向包抄过来，在张家湾镇，红三军团一部抢先攻占，切断了106师的退路，接着红三军团由西、北两个方向，红四军团由正南方向实施包抄。担任阻击的第五军团一部汇合红一军团增援上来的主力，由东侧，把106师团团的包围在张家湾镇和直罗镇之间的积水侍。
此时位于太白镇的五十七军指挥部，军长董英斌闻讯大急，他火速命令撤退的108师回身救援106师，可是在太白镇遭到红三军团一部的有力阻击。本身108师就是惊弓之鸟，进攻几次无果，便停止不前，坦率说也不可能玩命救援。
次日临晨战斗打响，四面八方开始了全线总攻。本身积水侍就无险可守，再加上军无斗志，战斗进行到中午，106师大部被歼，该师长在毫无希望的情况下，这好选择放下武器投降。在张家湾镇受阻的108师闻讯106师全军覆没，便仓皇而逃。在张家湾镇担任阻击的红军部队，趁机追击，在追击过程中，居然消灭了敌军一个营。
直罗镇大捷，事后经过统计，消灭敌人两个师又一个营，共13000余人，击毙109师师长，俘虏106师长的伟大胜利，同时也粉碎了第三次围剿。直罗镇战役结束后，五十七军军长董宜斌率领111师、108师在太白镇仓皇南逃。而117师王以哲部也迅速由富县撤往洛川，精心策划的第三次重兵围剿，以失败而告终。
战后为了顾全大局，为了团结广大东北军官兵一致对外，尽快形成民族统一战线的格局。主席高瞻远瞩的下令，全部释放在直罗镇战役被俘东北军官兵。直罗镇战役结束后，张学良十分郁闷，为了向老蒋交差下令撤了董宜斌军长的职务。
一仗下来就损失了两个师，尽管两个师不是齐装满员，但是毕竟是心头肉，由此在东北军官兵内引起了不满情绪，尤其是被俘的官兵被释放后，这种情绪愈演愈烈。老蒋并没有过分责备张学良，反而对张学良进行安抚。
本来东北军的口碑就不好，这次又对红军作战，张学良及属下又成为被舆论攻击的对象。这天在西安剿总司令部，张学良手里捧着报纸没有看完，便郁闷的扔在一边。这时副官进来报告：“报告少帅，杨虎城将军求见！”张学良一愣，马上吩咐请客人进来。
双方寒暄了几句，杨虎城见张学良神色郁闷说：“张将军，现在国难当头，我们不能再自相残杀了，别说你的部下，即使我的部下他们也厌战和红军作战。共党提出联合抗日的主张，很得民心，我们必须认真对待。”
见张学良沉默不语，杨虎城接说：“张将军，你看看我们周边那个愿意和红军作战，远的不说，山西晋军那位穆司令，其强大的军事实力都按兵不动，就连宝鸡的王德彪都躲到青海去了，而我们却被负骂名，两败俱伤谁最后是赢家。”张学良若有所思。至此，张学良和杨虎城走到一起，并为一年后的西安事变埋下伏笔。
山西太原晋军司令部，穆亚平手里拿着陕甘根据地红军总部发表的告东北军全体官兵说：“红军这一仗打得太漂亮了，不仅军事上取得了决定性的胜利，也在政治上充分瓦解了东北军的斗志，今后老蒋若想再向陕甘发动大规模的进攻已经不可能了，这是中央红军到达陕北的奠基之战。”
傅作义笑说：“这不正是你所期待的结果吗？共党在陕甘立足、壮大，对于一致对外，形成抗日的大局，无疑起到了推动作用，下一步你有什么打算？”穆亚平笑说：“我们静观其变吧！既不能公开站在共党的立场上，同时还要和共党保持密切的联系。下一步的变局就看张学良的了，说不定能给我们意外的惊喜。”
直罗镇战役结束后，红军总部开始把眼光瞄向山西，其巨大的诱惑力任谁都不可能熟视无睹。