當時徐陳遠在千里之外，消息閉塞，不知道共產國際對西安事變的態度和對蔣介石的支持。但是中央心裏明白，與其讓西路軍西進，還不如就地堅持，與河東紅軍互為聲援。萬一陝北待不下去，河西走廊不失為一條後路。這就是毛澤東在11月13日中央政治局會議上說的「腳踏兩邊船」的方針。

在石窩子，西路軍高級幹部都聚到一起。大家都傷心落淚。但是敵人仍然緊追不捨，明天再打就會全軍覆沒。必須要拿個主意，否則只有等死。天黑之前，陳昌浩召集軍政委員會會議，提出分散活動問題。大家一致同意，這樣目標小，總有能活著回去的。但是具體怎樣辦？程世才回憶：「陳昌浩是這樣說的：1、現在是戰不過敵人，只有分散活動，保存點力量，待援西軍過黃河后再去會合。2、軍隊只剩這麼多人，昌浩、向前離開部隊回陝北去。陳提出來后，向前同志反對離開部隊，還要與部隊一起走，死也死在一起。當時各幹部同意（徐陳）離開部隊，減少目標。不過幹部同意不是主要的，決定權在昌浩，最後昌浩決定他兩個離開部隊了。3、任務分配：30軍剩下千把人，為左支隊；由世才、先念、（李）天煥帶走左翼打游擊。9軍剩下三百多步兵和一百多騎兵為右翼支隊，由王樹聲、朱良才帶走右翼大山上打游擊。總部直屬隊剩下大部分幹部與30軍一路去打游擊。這時候真是慘痛到極點，大家都在流淚。會開完后，各自回去組織部隊準備天黑行動。」

3月5日，西路軍領導人決定放棄倪家營子，乘著夜色的掩護向祁連山轉移。馬家軍騎兵跟在後面窮追不捨。3月8日，西路軍進至臨澤南接近祁連山的東流溝、南流溝和西流溝。這是三條低洼的古流水溝形成的一片狹長地帶。每條流溝里都稀稀落落分佈著一些房屋。周圍是戈壁灘和沙漠。西路軍此時尚有8000人，30軍和9軍把住流溝兩頭，總部機關住在中間。聽到中央派出援軍的消息，疲乏不堪的紅軍戰士心中又有了一線希望。徐陳決定在這裏固守待援。第二天天剛亮，馬家軍的騎兵就卷著滾滾煙塵追來了。西路軍被分割在三條流溝里，整天被敵人的人海戰術輪番進攻。尤其是紅30軍被敵人分割在幾個圍子里，相隔不遠但卻不能往來聯絡。紅軍一天要頂住敵人三四次進攻。還是用大刀拼殺。88師師長熊厚發在察看敵情時被流彈打斷左臂，仍然提著馬刀指揮作戰。在三條流溝的四天戰鬥中，紅軍每天都要傷亡幾百人。紅30軍也打成了空架子，與9軍一樣都只剩下不足千人。糧食也吃光了，3月11日夜裡，總部命令9軍的兩個團（近千人）裡應外合，接應30軍余部殺出重圍，與總部會合後向祁連山口的梨園口退去。

1月5日，毛澤東以軍委名義電令西路軍：「即在高台、臨澤地區集結，暫勿西進。全軍集結于兩、三點，大力訓練，伺機消滅敵人。」但沒有提及4軍、31軍西進配合之事。

1937年1月12日起，馬家軍以部分兵力牽制紅9軍、30軍，而以大部分兵力繞道西進，圍困紅5軍駐守的高台縣城。當時在城內的是軍長董振堂、政治部主任楊克明及紅5軍的44團、45團、騎兵團和特務連共3000餘人。5軍政委黃超帶著5軍僅有的一部通訊電台駐守在臨澤縣城。馬家軍包圍高台後，城內就與西路軍指揮部失掉聯絡。馬家軍首先進攻城外的兩個外圍碉堡，守堡紅軍與敵人進行殊死戰鬥，打退敵軍一次次衝鋒。最後終因子彈耗盡，人員傷亡過多，外圍碉堡失守。高台城像個大土圍子，城牆是土築的，高不到兩丈，上邊很窄，不易隱蔽。在外圍失守后，董軍長命令將城內一切能裝土的箱子柜子都裝滿泥土，加高城牆。同時派人與臨澤聯繫，準備突圍。這時，突然接到政委黃超從臨澤送來的一封信，大意是：「董軍長，奉總部命令，高台是打通國際路線的軍事重點。如果失守，就要你軍長的頭。」第二天上午在城內天主教堂召開最後一次營以上幹部會議，董振堂心情沉重地宣讀了來信，要求大家堅決守住高台，與高台共存亡。

程世才說的是陳昌浩。他見30軍打了勝仗，得到一些槍支彈藥的補充，便提出重返倪家營子，繼續建立甘北根據地。徐向前大吃一驚，說：昌浩同志，你還有什麼力量回去建立根據地嘛！我們好不容易突圍出來，回去不是自尋滅亡嗎？但是陳昌浩堅持要回去。因為中央連續來電要他們就地堅守。2月24日中央來電說：「望告全體指戰員，堅持黨和紅軍的光榮旗幟，奮鬥到最後一個人，最後一滴血，絕境中求勝利。全黨和全體紅軍誓為你們的後盾。」2月26日中央答覆西路軍求援電報說：「甲、固守五十天。乙、我們正用各種有效方法援助你們。」所以陳昌浩認為他是執行中央路線的，而徐向前則是「右傾機會主義」。在軍政委員會上大唱高調，這種氣氛壓得大家不能說話。直到西路軍失敗后，陳昌浩在1937年10月15日給中央的第二次報告書中還說：「西路軍領導幹部中在到永昌時期及甘州地區，還有個別反對中央路線，而堅持自己過去錯誤路線的表示。我當時雖然當面反對這樣同志，企圖在軍政委員會中開展鬥爭，結果仍是顧慮威信未得實現。我幾次擬就電稿到中央承認過去路線上的錯誤，終未能發出，只在最後臨時有此電述，而不能毅然決然公開的、堅持不顧一切的為中央正確路線而鬥爭。」徐向前在回憶錄中坦率地說：「這段話指的就是我們之間的兩次爭論。陳昌浩不懂得，一個獨當一面的高級幹部，執行上級指示必須從實際出發，同當時當地的實際情況相結合，尤其是在遠離中央、形勢危急的情況下！不管客觀實際如何，照葫蘆畫瓢，機械地、盲目地執行上級指示，非壞事不可。」

發出電報后，西路軍指揮部帶領30軍全軍和9軍一個團到達西洞堡。王樹聲帶領9軍余部到達龍首堡，準備休整一下再行東進。1月25日中央軍委來電指示西路軍：「你們行動方針，以便利擊敵保存實力為目的，行動方向由你們自決。……在騎兵追堵下，欲因急行避戰，達到東進目的，危險較ｒｅａｄ.9９ｃsｗ.cｏm大。應集結全軍，切忌分散，用堅決戰鬥來完成東進任務。」但是中央指示又說：「我們雖從各方面用力設法援助西路軍，但唯一的仍須依靠你們用自力在戰勝二馬條件下完成你們的東進任務。……深入的政治動員，堅決不靠外力，和人人具有誓死必勝的決心，在困難環境中，嚴肅紅軍紀律，爭取群眾贊助，是重要的保障。」

2月17日，中央以中央書記處和軍委主席團雙重名義，給西路軍領導人一封措辭嚴厲的電報：

2月13日，西路軍又電告中央要求派4軍、31軍前來增援，認為「4軍、31軍此時不能歸還建制，夾擊二馬，則西路軍無法完成西進任務。決心在高、撫地區擊敵，俟天氣稍暖即轉大通、西寧一帶活動」。

還有更令人頭疼的事：在古浪之戰中，「敵騎因為衝進古浪縣內的街道上，大肆蹂躪，損失最慘重的是西路軍總指揮部各直屬機構，參謀諜報人員死傷甚多，偵察電台和其他通訊器材散失殆盡，這簡直是使西路軍喪失了不可或缺的聽覺視覺以及一部分的神經系統」。到永昌時，各軍只有一部電台與總部聯絡，電台的缺乏給西路軍後來的作戰造成了災難性的後果。

高台之戰後，馬家軍更加緊了對西路軍的包圍堵截。在這種不利形勢下，西路軍領導人決定放棄西進計劃，帶領部隊東返。1月23日西路軍致軍委的電報彙報了高台失敗的消息和目前敵情，並陳述下一步打算說：「現兵力分散，騎兵行速，我快行不易，部隊需稍整。決在基本東進行前爭取在現地和路上乘機擊敵，以利東進。現指直仍三四千人，婦女小孩佔千人，新病號增加，行動笨重，當求輕便。現在全軍發揚士氣，團結殺敵，克服任何困難，學習血的教訓，雖受部分挫折，但所有指戰員均極團結，照軍委給予的任務鬥爭到底。」

「丁、西路軍東進，徐陳電士氣尚旺，十天可達古浪。如該軍不再遭挫折，爾後當位於文武成康地區。如此我主力在陝南甘南，便可破壞南京把聯軍困於渭水以北之計劃。」

然而陳昌浩是軍政委員會主席，有最後決定之權。當西路軍重返倪家營子時，發現村寨已被馬家軍洗劫一空，只剩下一片焦土和斷壁殘垣。連住的地方都沒有。留在村裡的紅軍傷員都被馬家軍殘殺了。有的被凍死在荒野里，有的被砸碎了腦殼。馬家軍沒想到紅軍還會回來，立刻又圍了上來。每次衝鋒都集中兩個旅以上的兵力和民團，在炮火配合下向紅軍猛撲。紅30軍、9軍戰士揮舞大刀，一天打退敵人三四次進攻。敵人攻得筋疲力盡，又不善夜戰，只得與紅軍對峙。

西路軍從南流溝撤出后，尚余不到3000人，跟隨徐陳的只有30軍和機關的千餘人。部隊原來計劃向紅安寺進發，梨園口一打起來，總部又改變向康龍寺轉移。結果婦女團在前面出發去紅安寺，脫離了總部和部隊，半路上被馬家軍打散。團長王泉媛、政委吳富蓮均被馬家軍俘虜。西路軍余部到了康龍寺，馬家軍又追上來。在康龍寺南山惡戰一場。紅30軍著名的「夜老虎團」265團和267團又遭受重大損失，西路軍總供給部部長鄭義齋帶上全軍的經費尋找總部，不幸遭敵包圍，壯烈犧牲。

3月12日夜裡，徐陳向中央告急。

西路軍在倪家營子的消耗戰，用盡了自身最後的一點力量。眼看大勢已去，回天無力，陳昌浩才不斷向中央告急，報告真實情況。中央領導人非常著急，想方設法援救西路軍。2月15日，毛澤東致電周恩來：「西路軍問題請作兩步交涉。第一步電令二馬停戰讓防，或派人示意令其自讓，同時派飛機送款、彈去；第二步派兵增援。」18日毛再次電周：「請多方設法找人去青海，西路軍問題解決甚關重要。」21日，毛又致電周：「目前重點在再弄到五十萬元款。（一）西路軍甚急，目前已到不能不出兵援助之，募得款方可成行。」周恩來多次找國民黨駐西安的主官顧祝同交涉，顧祝同只答應可以派飛機向西路軍空投物資。但是這不過是說說而已，馬步芳替蔣介石出力打紅軍，國民黨樂得坐享其成。再說，馬步芳之所以與紅軍死拼，就是為了保住他青海的地盤。誰勸說他也不會罷手。所以，周恩來的交涉沒有什麼效果。

程世才回憶：「這時我軍困難到極點，無飯吃無水喝，周圍打得快成廢墟，也無房舍可住了。敵人兵力多，可調換使用，得到休息。我方則是那幾個人與敵死打，最感疲勞。戰士們作戰時也想睡覺，打得伙夫馬夫都上了戰場，我軍中有個婦女團（三百多人）同樣的到戰場上去做工事，砍樹做木柵。此外還幫助送飯運糧食送水給戰士吃。」而戰鬥則殘酷到了頂點。「雙方都是用大刀砍來砍去，交鋒時完全用大刀、手榴彈及刺刀硬拼，步槍只起掩護作用。在戰場上殺聲如雷，機槍炮聲震裂耳鼓，真是震撼天地，聞之喪膽。」

2月22日，中共中央決定組織部隊增援西路軍。毛澤東以軍委主席團名義致電前方的彭德懷、任弼時、劉伯承、左權及在西安的周恩來：

徐向前聽了陳昌浩宣布的決定，心裏十分痛苦，也很矛盾。他回憶說：「散會ｈttｐｓ://ｒead.99ｃsw.com後，我還想動員陳昌浩，不要回陝北。我拉著他的手，懇切地說：昌浩同志，我們的部隊垮了，孤家寡人回陝北去幹什麼，我們留下來，至少能起到穩定軍心的作用，我看還是不要走吧！陳昌浩很激動地說：不行，我們回去要和中央鬥爭去！他要鬥爭什麼呢？無非是西路軍失敗的責任問題。我那時的確不想走，但沒有堅持意見。事實上李先念他們並不想讓我走。我遷就了陳昌浩的意見，犯了終生抱憾的錯誤，疚愧良深。」

西路軍在倪家營子日夜血戰，消耗到精疲力竭。徐陳還在盼望援軍到來。3月4日，徐向前、陳昌浩和政治部主任李卓然致電中央和紅軍各部隊首長：

「丙、無論和戰，紅軍主力仍應按前定計劃出陝南，處在川陝之間。除二方面軍留渭北外，其餘應準備在數日內向南出動。請即調查山陽、柞水、鎮安、洵陽、安康、柴水、漢陰、石泉等城駐軍情形，並要求楊（虎城）同意讓出各該縣。」

徐陳又打電報給中央，還是希望4軍、31軍能過來幫助西路軍。但是中央軍委1月7日發去一封電報，拒絕了西路軍領導的請求。

古浪之戰失利后，西路軍繼續西進，到了永昌和山丹。在永昌與馬家軍打了一個月的消耗戰，西路軍的處境日見惡化。在天時、地利、人和都處於劣勢的環境下，紅軍雖然取得了一些勝利，殺傷了很多敵人，但馬家軍有後方，人員、武器、彈藥可以源源不斷地得到補充。而紅軍沒有根據地，兵員傷一個少一個，彈藥也越來越少。紅軍想在戰鬥中從馬家軍身上繳獲子彈，但敵人也很狡猾，衝鋒時帶的子彈很少，打完了再回去補充。永昌城的攻防戰中，紅軍傷亡相當大，城中的各個廟宇、空房中都住滿了傷員。河西地區沒有革命活動的基礎，多數百姓都在紅軍到來之前跑光了。建立根據地的工作開展不起來，冬天必需的皮衣、棉衣沒有著落。河西走廊地區此時已是冰天雪地，狂風怒吼。早晨氣溫是零下16攝氏度，午間才零下2攝氏度。從鄂豫皖和通南巴來的紅軍還沒經歷過西北的嚴寒，荒涼的河西走廊一片光禿禿的肅殺景象，只有沙漠、戈壁灘的大石頭，極少樹木，柴禾都很難找到。紅軍中不少人都是衣衫襤褸，蓬頭垢面，忍受著寒冷和飢餓的煎熬。

徐陳1937年1月9日致軍委的電報中彙報說：「後衛從甘浚堡突圍出，密本已全到，主要幹部無一損失，只事務人員及彩病員損失一部，約在二百左右。八台機件已全到，二局之收音機兩部損失，十台收報機被毀，三局所存電池、汽油及機件大部損失。今後器材難久持，即小規模之二局工作亦難恢復，務望軍委供給我方材料。」這說明甘浚堡的失利，西路軍指揮機關的通訊聯絡系統大受損失。在後來的高台之戰中，通訊不靈成了斷送紅5軍的致命原因。

第二天，徐陳又收到了張國燾本人發來的電報：

倪家營子是由幾十個土圍子組成的聚落。南北長16里，東西寬3里。大小四五十個土圍子稀稀落落的分佈在荒涼的田野上。一個土圍子里住幾戶人家。有錢人家的土圍子有高大的圍牆，厚三五尺，築有垛口和望樓，很像城牆。一般人家的土圍子叫莊子，只有矮矮的圍牆。圍牆外是老百姓的耕地和戈壁灘，村莊之間隔著一、二里地的路程，有些樹木和溝渠。西路軍到這裏，總算是相對集中一些了。

西路軍佔領高台、臨澤，就地休整，使馬步青、馬步芳大為惶恐不安。西安事變發生后，他們封鎖消息，緊張地注視時局的變化。他們是擁護蔣介石，敵視共產黨和紅軍的。12月15日，他們向南京發出效忠的電報，說：「驚悉西安發生事變，張楊劫持委座。消息傳來，全青震驚。除嚴飭所部一面加緊剿滅河西赤匪，一面防制蘭州叛軍之擴大。……青海雖處四面匪敵之艱苦環境，芳等只知為國盡忠，為委座效力外，他無所顧。」這說明他們以保住自己的地盤為首要目標，絕不會與紅軍講和，結為統一戰線。在永昌時紅軍電台曾截獲馬步青給馬步芳的電報，大意是：如果紅軍不停留地走，可以不打；若停下來不走，就打！現在紅軍停下來不走了，無疑對二馬是嚴重威脅。二馬不惜傾其老本，集結五個騎兵旅、兩個步兵旅和炮兵團、民團共二萬餘人，在馬家軍前敵總指揮馬元海率領下，惡狠狠地尾隨紅軍蜂擁而來，要把紅軍一口吞掉。

12月底，西路軍以5軍開路，9軍和指揮部機關居中，30軍殿後，向高台、臨澤開進。為了避開馬家軍騎兵，紅軍每天都是夜行軍，冒著零下20攝氏度的嚴寒，忍受著極大的痛苦默默地前進。1937年1月1日，紅5軍軍長董振堂、政治部主任楊克明率領兩個團和總部特務團四個連及兩連騎兵共三千餘人，一舉攻克高台縣城。守城的一千多民團投降，被紅軍收編。徐陳見這一帶糧食較多，打算休整一個時期再走。陳昌浩聽說高台以西的路程十分荒涼難走，心有疑慮，於1月4日向中央軍委請示：「高台以東人糧極富，以西則甚荒涼，據點少且遠，正值天寒，如主力進則齊進，道路、糧、房、敵騎均不許可；打則齊打，亦只有坐待消耗。」他建議軍委：「如何以外力幫助我或以外交武力阻扼二九-九-藏-書馬；或令31軍、4軍過河配合，則我損失必少，任務更易完成。或則我們即均在高台戰敵，遠方物資用外力送下，亦屬必要。」但他表示：「西路軍抱最大決心克服空前困難，不怕犧牲，照前電完成任務。」

1937年1月初，獲悉紅5軍佔領高台，徐陳率西路軍指揮部各機關與9軍一起離開山丹，向西進軍。在甘州（今張掖市）西南的甘浚堡突然遭受馬家軍的圍攻。在突圍中隊伍被衝散，吃了大虧。據5軍保衛局長歐陽毅後來給中央的報告中說：「這一突圍，確實是莫大的損失，確實是莫大的恥辱，在精神上給了西路軍以莫大的頹喪。敵人的士氣則更提高了。……這次突圍的主要教訓是地形、路線、方向未偵察清楚，嚮導沒有準備好，幹部沒有掌握著部隊，有些部隊沒有切實遵照出發時間。」李聚奎也說：「甘浚堡突圍被敵人襲擊，主要的是幹部的恐慌、動搖、指揮不一。如前衛尚未出動（延誤了時間），而總直屬隊自行向前面插去。結果使戰鬥部隊與非戰鬥部隊混在一起，槍聲一響，就一塌糊塗的亂跑。明知在敵人左右只隔300米遠的中間通過，一定是要發覺的，不事先派出得力的掩護部隊佔領陣地，和先頭及側翼派出精幹的搜索部隊，嚴密搜索驅逐敵人的埋伏部隊，使我主力安全通過。」

西安事變，使陝北中央和紅軍的處境峰迴路轉。但是對西路軍來說，卻是雪上加霜。

「西安事變」的消息傳到永昌，西路軍將士一片歡呼，士氣空前高漲。而馬家軍則傻了眼，不知如何是好。紅軍向馬家軍陣地喊話：「你們的主子蔣介石被我們捉住了，不要打了，我們停止內戰，團結抗日！」馬家軍只是朝紅軍打冷槍，但卻不再向紅軍進攻了。

徐向前回憶說：「因為子彈缺乏，步機槍幾乎失去作用。我到前沿陣地去看過，戰士們的步槍都架在一邊，手裡握著大刀、長矛、木棍，單等敵人上來，進行拼殺。在這裏，沒有男同志和女同志，輕傷員和重傷員，戰鬥人員和勤雜人員的區別，屯自為戰，人自為戰，舉刃向敵，爭為先登。圍牆被炮火轟塌，血肉就是屏障，前面的同志倒下去，後面的同志堵上來。輕傷員不下火線，重傷員倒在地上，仍緊握手榴彈，準備與敵人同歸於盡。在這裏，生存就是戰鬥，戰鬥就是生存。」

梨園口是入山的口子，三面環山，中間有些民房。徐向前命令9軍政委陳海松帶兩個團約千人把守山口，掩護總部和剩餘人員向山裡轉移。9軍在山口旁的小山頂上集中防禦，還沒修好工事，敵人騎兵又追到了。祁連山的山頭不像四川的大山那樣陡峭和易守難攻，而是一片緩坡，騎兵一個衝鋒就到了山頂。為了守住山口，9軍與馬家軍展開了最後的戰鬥。在陳海松政委帶領下，紅軍戰士光著膀子，揮舞大刀，與敵人騎兵拼殺。因力量懸殊，不到半天，9軍僅存的這些人全部戰死。軍政委陳海松、25師政委楊朝禮等都壯烈犧牲了。敵人又向30軍猛攻。為了掩護總部和傷員轉移，30軍戰士又與敵軍騎兵殊死戰鬥。這一天紅30軍主力264團全部拼光，263團也大部陣亡。

1月20日，馬家軍開始攻城。董振堂面對孤軍奮戰的危難局面，毫不動搖，揮舞大刀在城牆上指揮紅軍戰士與馬家軍殊死搏鬥。敵人架著梯子往上爬，紅軍用刺刀、磚瓦齊向敵人打去。將敵人一次次打下城去。激烈的戰鬥一直持續了幾個小時。不料守衛西城的原高台民團突然倒戈，打開城門，敵軍蜂擁而入。形勢頓時惡化，紅軍組織反擊，但缺少彈藥，全靠肉搏。敵人越來越多，與紅軍展開巷戰。董軍長退到城東北角堅持，他身穿一件破毛衣，用手槍擊斃數名敵人，終因寡不敵眾，腿上負傷，壯烈犧牲。與董軍長一起戰死的還有軍政治部主任楊克明、13師師長葉崇本等。3000多紅軍戰士除少數人被俘，絕大多數都戰死在高台城中。馬家軍在清理戰場時找到董、楊的遺體，殘忍地砍下他們的頭顱，泡在酒里送往西寧馬步芳處。

自西路軍渡過黃河后，張國燾很少以個人名義給徐陳下指示。他到保安以後，林育英曾與他長談，要他服從中央的正確領導。張國燾意識到了他另立中央的錯誤的嚴重性，向林育英作了檢討。此後，對西路軍的一系列指示都是以軍委主席團的名義下達的。在西路軍領導與中央意見分歧的時候，張國燾突然以個人名義來電，而且提到了過去的政治問題，其分量之重徐陳是掂得出的。

中央這封措辭嚴厲的電報，使西路軍領導人感到極大的壓力。徐向前說：「南下期間，我們確犯了錯誤，欠了帳。把西路軍的行動方向與過去的政治錯誤聯在一起，誰還能動彈！？陳昌浩壓力尤大，他曾是國燾路線的積極支持者，現時又身負西路軍軍政委員會主席的重任。一抓過去的辮子，他更是啞巴吃黃連，有苦說不出來，只好唯命是從。」

高台失敗的消息傳來，西路軍將士都極為震驚和悲痛。紅30軍軍長程世才總結失敗教訓有三點：「（一）在戰術指導上不應該為一城的得失而死戰。（二）高台守軍無電台聯絡，打了兩天我們還不知道，未能早想辦法援助之。（三）被爭取過來的幾百民團，未經過改造，放心用人家，結果與敵人造成內應外合而失事了。」

中共中央當日複電西路軍，指出：「中央現在決定派隊向你們增援，利用各種其他方法幫助你們團結幹部，激勵士氣。」同時指出：「西路軍目前所以陷於危險境地，一方面固然由於地形、給養與客觀的困難的條件，但主要的原因，是由於西路軍的領導者沒有依靠自己力量戰勝一切困難，消滅敵人，完成自己的任務。自信心因而掃地，希望寄托在外力的援助上。同時對群眾的關係上，特別是回民的關係與戰略戰術上的錯誤，也是其中的重要原因。」

高台戰鬥過程中，西路軍總指揮部一點消息也不知道。直到1月23日紅軍電台破譯了馬家軍的電報，徐向前才知道高台危急。他火速派出唯一的騎兵師星夜前往增援。但是途中遭到優勢兵力的馬家騎兵包圍。紅軍騎兵師剛組建不久，馬匹多數不是戰馬，戰鬥力不強。血戰一場后，紅軍騎兵師大部傷亡，師長董俊彥、政委秦道賢都英勇犧牲了。

西路軍過河后，中央並沒有讓西路軍大步奔向新疆，而是要西路軍就地建立根據地。多年之後，徐向前才明白其中奧妙：「西安事變和平解決，國共談判開始進行。合理解決紅軍駐地，是談判的實質性問題之一。從戰略上著眼，當時紅軍亟需得一人口稠密、物質豐富，靠近蘇聯、利於迴旋的戰略基地，以便養精蓄銳，擴大力量，擔負九-九-藏-書起偉大的抗日鬥爭任務。中央一致認為，這個基地，以黃河以西的蘭州、涼州、甘州、肅州及寧夏地區，最為理想。西路軍控制河西走廊，進據甘西，不言而喻，正是我黨名正言順地向蔣介石討價還價，索取河西地帶的資本。」

中央此時又作了放棄陝北根據地的打算，還想讓西路軍東進配合行動。蔣介石回到南京，使青海二馬興高采烈。他們向蔣介石表示效忠，同時集中所有兵力，準備死力堵截西路軍，決心把紅軍消滅在河西走廊。

倪家營子血戰，持續了一個多星期。馬家軍打得疲勞不堪，傷亡近萬人。西路軍也付出了沉重的代價，基本上已是彈盡糧絕，傷員越來越多，連最起碼的醫療條件都沒有。西路軍指揮員都意識到，他們已經到了最後時刻，再打下去，敵人有源源不斷的補充，紅軍則任何補充和援助都沒有，力量對比越來越懸殊，必須想辦法擺脫被動局面，尋求新的出路。但是中央當時正與蔣介石談判，希望西路軍能就地堅持，維持在河西走廊的局面，要西路軍就地休整，補充訓練。到2月6日，徐陳感到不能再被動等待了，向中央發去一封電報。在彙報了西路軍現存實力后說：

中央以為西路軍損失不大，於1937年1月16日指示西路軍：「同意西路軍在現地休整一時期，集中全力乘機向東打敵，爭取爾後以一部西進條件下，並大大向東擴展甘北根據地。」

從1月31日起，馬家軍向倪家營子發起一次又一次攻擊。他們也懂得消滅紅軍的有生力量，所以專找紅30軍陣地打。紅30軍也毫不示弱，在李先念政委和程世才軍長指揮下，與馬家軍展開了驚心動魄的廝殺和血戰。程世才回憶：「敵人每次進攻先用數門大炮將我村莊土圍牆打成缺口，然後以輕武器掩護大量的步兵向我陣地猛撲，而每次打到一定的距離時，我方舉行反攻，將來犯之敵局部擊退到原來的防地去。在多次戰鬥中，雙方交鋒時，步槍作用不大，常常是雙方拼手榴彈，到最後雙方用大刀砍來砍去，戰場上血流成河。同時每次到村圍子外五十米遠時，我始與敵進行肉搏戰。敵人拼到我圍子內，我又將敵人從圍子內殺出去，把敵人趕回原陣地，雙方形成對峙戰。戰鬥的規律是以白天為多，從天亮打到天黑，下午我反攻擊退敵人，戰鬥便告結束。有時候我軍夜間派部隊去擾亂敵人，使他驚慌不安，疲勞他。」

這裏的環境很不適宜紅軍作戰。紅軍戰士李新國回憶說：「當紅9軍到達永昌時，30軍已向山丹前進，只留下88師，紅5軍也已進到山丹。此時，西路軍的部署形成了一條長蛇陣，從永昌到山丹綿延達一百多公里。這是一個狹長地帶，正是河西走廊的蜂腰部，南北寬僅四十多公里；南靠險峻的祁連山，北鄰龍首山，翻過龍首山就是長城外一望無際的沙漠地帶。地形對我步兵活動很不利。」而馬家軍騎兵則是來去如風，隨時可以找紅軍的薄弱部位打。他們騎馬，紅軍步行，肉搏吃虧，追擊又趕不上。與當年在蘇區時，真是無法相比。

西路軍在永昌的消耗戰，使徐、陳感到如此下去不是辦法。1936年12月6日，陳昌浩、李卓然等給中央的電報請示：「在此爭取時間過冬與適時策應主力。如主力不來，我們再移主力向甘州逼進，總要爭取在甘（州）、永（昌）、涼（州）線過冬。」這封電報沒有徐向前的簽名，說明西路軍領導內部意見不統一。

西路軍已經到了危急關頭，中央為什麼還要西路軍分兵向東？原來蔣介石回到南京，就將張學良扣留。國民黨大軍虎視眈眈，西安和陝北形勢再度緊張。1月21日毛澤東、張聞天在給西安的周恩來、博古的電報中，闡述了中央下一步的計劃：

徐陳為何不願東返呢？徐向前在回憶錄中陳述了一部分理由。但是多年之後陳昌浩談及此事時，又說出了一些內心的想法：「中央來電指示我們，讓我們考慮是西進好還是東進好。那時我們考慮東面有馬家的部隊和蔣介石的部隊，敵人力量大。西面只有馬家的部隊，因此答覆中央與其東進還不如繼續西進，實際上那時還是害怕蔣介石的部隊。仍一股勁往西走，還是非打通國際路線不可。結果既無補充，又無群眾基礎，希望越來越小了。」

西安事變后的形勢變化很快，正當西路軍領導討論西進問題時，12月22日中央又來電報讓西路軍東返。因為此時南京政府調集大兵進逼西安，張楊欲與紅軍聯合抗擊，為了保障西面蘭州方向的安全，牽制胡宗南部，打算調西路軍策應。但是在西路軍領導會議上，徐向前等多數人反對向東，堅持西進打通國際路線。徐向前等認為：「東進和西進比較，前者的困難更大些。因為馬家軍的主力集中在東面，西路軍東進，勢必與敵決戰。從山丹、永昌至蘭州近千里路程，沿途多堡，缺少補給，夜間氣溫達零下20攝氏度以下。西路軍彩病號又多，約2000名，不便就地安置，帶上則更增大行軍作戰的困難。據此，東進取勝的把握不大。且放棄河西走廊這一抗日後方根據地，不論從策應西安會戰上、打通蘇聯上、造成西北抗日局面上，都是不利的。」陳昌浩則主張無條件執行中央指示，向河東去。爭來爭去，還是西進意見佔了上風。陳昌浩綜合兩種意見，向中央彙報：

西路軍失敗了，部隊散了。倖存的紅軍有的合成大股，有的零星活動，各奔前程。等待他們的是一條充滿艱難險阻和生死未卜的道路。

中央收到電報后，24日複電徐陳說：「在整個戰略方針上看來，西路軍以東進為有利，只要二十天至三十天內到達靜寧、隆德地區，便可與于學忠、王以哲之八個師配合作戰，至少可以鉗制胡、毛、曾、關，而利於我主力在東邊放手打仗。張學良極盼望你們來，答應在蘭州補充子彈、被服。」同日，毛澤東還致電在西安的周恩來，向他通報了西路軍的要求后，要周「向張（學良）商量派四個團突然襲占永登、古浪策應徐陳，併為準備棉大衣一萬五千件，鞋襪各一萬八千雙，子彈帶一萬五千條，補充子彈十五萬發。是否可行？盼復」。可是于學忠在蘭州自顧不暇，哪有力量去支援西路軍？毛九九藏書澤東的要求根本無法兌現。

既然中央下了東進命令，徐陳便開始集合部隊準備返回。這時，西安事變和平解決，12月27日，軍委又來了一封極為樂觀的電報：「西安事變和平解決，前途甚佳。西路軍仍執行西進任務佔領甘、肅二州，一部佔領安西。開始西進的時機及如何作戰，由你們依據情況決定。」徐向前說：「由此可見，中央那時並不願放棄打通蘇聯的計劃。一時想叫西路軍東返，只不過是在河東形勢吃緊關口的一項應急考慮罷了。形勢緩和下來，自然又令西路軍繼續完成打通國際路線的任務。」

最著急的是張國燾。3月4日他又一次以個人名義致電西路軍，但不是教徐陳如何擺脫困境，而是要他們改正路線錯誤，接受中央的批評。電文如下：

中央當天答覆徐陳：「你們現已處於特殊情況之下，已不是一般方法所能解決問題，必須立即採取特殊方法達到保存一部力量的目的。因此，我們向你們提出下列兩種方法，請你們考慮決定一種：（一）率現存三團人員向蒙古邊境衝去。（二）率現存的三團人員打游擊戰爭。以上方法不論採取哪一種，均需將傷病員安置民間，均須採取自主自動姿勢，均須輕裝，均須採取變化不測的戰術。」中央這個指示，是允許西路軍化整為零，不再與馬家軍硬拼了。

怎樣利用西安事變的有利時機擺脫被動，求得新的發展，西路軍領導展開了熱烈討論。12月18日，軍委主席團發來指示：

3月13日康龍寺之戰後，西路軍終於失敗了。徐陳收拾殘餘部隊，連夜向山裡行軍。3月14日天亮到達石窩一帶。這裡是一片青石山溝，石縫裡長著稀疏的灌木和野草。在較大的一座山上有一片光石崖，崖下有個大坑，坑中有一塊巨石，大家給這個荒涼地方取名叫石窩。紅軍到了山上，馬家軍又隨後趕來了。李先念、程世才帶領30軍剩下的幾百人邊打邊撤，掩護總部和其他同志上山。馬家軍看天色黃昏，不敢夜戰，便在山下紮營。

獲悉高台失敗和騎兵師被消滅的消息后，徐向前立即命令駐守臨澤縣城（撫彝城）的黃超率5軍余部向西洞堡集中。當時城中有5軍的兩個團、西路軍總供給部。馬家軍主力馬元海旅瘋狂進攻臨澤城。紅軍撤退時輜重大部分都丟掉了，非戰鬥人員被馬家軍截去好幾百。最令人痛心的損失是總供給部的幾名製造炸彈的技術工人全被馬家軍殺害，斷掉了西路軍自己生產彈藥的來源。幸虧9軍政委陳海松帶一個團前來接應斷後，沉著冷靜地指揮作戰，才使5軍免遭全軍覆沒的命運。

1月28日，西路軍全部集結到倪家營子，全軍還剩一萬多人，戰鬥員不及一半。馬元海立即報告馬步芳：「紅軍大部離開甘新公路進入甘州南的倪家營子。占堡寨四十三處，星羅棋佈於周圍十里之地，總人數約有一萬三千餘人，確系紅軍主力。」他帶領馬家軍主力五個旅和大量民團，將倪家營子包圍。

根據中央指示，2月27日成立了援西軍。以4軍、31軍、28軍、32軍及一個騎兵團組成。劉伯承為司令員、張浩為政委。出發搶佔靖遠渡口，每天造一隻船，準備渡過黃河。但西路軍已經到了最危險的時刻，靖遠離甘州1900里，拋開其他因素不說，光行軍就要走三十多天。到永登1100里，不停頓地行軍也要走二十天。造船、渡河、作戰還要時間。所以，中央雖然組織了援西軍，但已經來不及增援西路軍了。

但是，嚴峻的現實擺在眼前，就地死守肯定是沒有出路的。為此，西路軍軍政委員會召集會議研究行動計劃。徐向前力主東返，得到大家一致擁護。陳昌浩顯得心事重重，遲疑不決。在少數服從多數的情況下，2月21日，西路軍從倪家營子突圍而出，向西洞堡、龍首堡一帶轉移。程世才回憶當時情況說：「在這樣情況下，西路軍軍政委員會召開會議，討論行動問題。是走不走呢？不走是不成的，只有走才是辦法。走又向哪裡走呢？當時確定向東進，再過黃河，與中央紅軍會合去。問題確定后，開始向東出動了。我軍行動多在夜間，沿途沒有打什麼仗。兩天後到達西洞堡一帶，敵人又趕到與我軍接觸。敵先向我88師防地進攻，我軍堅決抵抗，阻止了敵人的進攻。到第二天敵又轉向我88師的右翼猛攻，激戰一天，到下午我軍反攻大出擊，將敵一團全部消滅，繳獲一部。這是西路軍過河來第二次得東西多的一次。本來這是小勝利，可是當時領導者的狂熱性又起來了，把這次小勝利看成大勝利，說敵人力量削弱了，以為這次勝利是決定勝負了。上級又否認東進的計劃，依然轉向西去，回到倪家營子一帶。這個方針確定后，算是斷送了西路軍的命運了。」