战役经过
前期准备
1935年11月6日和7日，红一军团由甘泉以西的定边集、下寺湾先后进至富县西北之秋林子和甘泉西南之老人仓地区;红十五军团则攻占直罗镇以东的张村驿、东村等据点，扫清了预定作战地区内的国民党军势力。同时，第15军团第81师继续围攻甘泉城，调动国民党军东进。
但国民党军行动谨慎。张学良严令部队不得冒进，以免遭受不测。董英斌遵命行事，第57军于11月1日占领陕甘边界上的太白镇后，即在太白镇、合水地区徘徊不前，构筑工事，搜集粮食。
12日，红1军团进至直罗镇东北的九原、上高地、套通地区，第15军团主力进至直罗镇东南张付驿、桃花岭地区。毛泽东令部队耐心隐蔽待命，同时令第81师加紧对甘泉的国民党军进行围攻，促使国民党军判断失误，让第57军放胆东进。
双方僵持达半个月之久，张学良这位西北“剿总”终于上当，断定红军主力正位于甘泉城下，命令第57军立即东进。11月17日，第57军以一个师留守太白镇，主力继续沿葫芦河向鄜县方向前进。19日，第57军所属第109师并指挥第111师第632团进至黑水寺，董英斌率军部及第111师主力、第106师进至张家湾东西地区。
18日，毛泽东在张村驿主持召开方面军团以上干部会议，做战役动员与部署。会后，毛泽东、彭德怀组织两个军团的干部前往直罗镇，现场确定作战部署。
19日，按照毛泽东指示，红一方面军司令员彭德怀及红一军团军团长林彪、红十五军团军团长徐海东等率领团以上干部从各自驻地前往直罗镇，登上周围多个山头，仔细查看道路、山岭、村庄、河流，结合地形地势，研究作战部署，最终确定了具体作战方案。
根据部署，红一方面军兵分两路，在直罗镇附近隐蔽设伏，红一军团进入直罗镇东北的石咀、凤凰头、姜家川、魏家河地区集结，然后进入直罗镇北边山岭，准备由北向南打，担任正面战场战斗任务;红十五军团在直罗镇东南的张村驿、桃花砭地区集结，进入直罗镇南边山岭，由南向北打。另派一连兵力提前于镇子西边小山上，监视、引诱敌人进入红军伏击“圈”内，关门打狗。按照这一战略部署，周密而细致的战前准备工作也紧张开展起来。
正式打响
11月20日，在红十五军团一个连和县游击队的引诱下，国民党军一0九师少将师长牛元峰率其全师外加111师一个团，在6架飞机的掩护下，闯进直罗镇。他们盲目冒进，认为红军已经被打败，自己已经占领了直罗镇，并杀鸡宰羊喝酒以示庆祝。但殊不知，这时的牛元峰已经钻进了红军设伏的“口袋”里。”
21日拂晓，隐藏在南北两山的红一军团和红十五军团主力突然发起进攻，很快将国民党军分割、包围。在硝烟弥漫的战场上，红一军团歼灭了北山寺的敌军，红十五军团消灭了旗杆山的敌人，据守高地的国民党军两个团长，一个被击毙，一个在绝望中自杀。
牛元峰率残部五百余人，退入镇东南之土寨内，重新垒起石头作为工事，固守待援。红军将土寨包围，并展开政治攻势，喊话要求国民党军投降。牛元峰却在寨内破口大骂，拒不投降。红十五军团连攻数次，但因缺乏火炮，火力不足，未能奏效。
国民党西北“剿总”接到一0九师被围的消息后，张学良心急如焚，于21日22时令董英斌率一一一师、一0六师火速增援直罗镇，解一0九师之围;令鄜县西进的一一七师加紧向羊泉镇、张村驿前进;令中部地区的第三十八军十七师进至公家原、丁家原，策应第五十七军及一一七师作战。
22日上午，国民党军第五十七军部队开始行动，一一一师沿安家川北山向红军发动进攻，一0六师由黑水寺沿老人山向红军右翼实施迂回，但其余两路部队按兵不动。
毛泽东早已把目光由直罗镇转向了增援之敌，决心抓住各路敌军协同较差的弱点，集中红军主力，以各个击破的战法，首先歼灭西线增援之敌。因此，他留下周恩来、彭德怀在直罗镇坐镇指挥第十五军团主力围歼残敌，亲率红一军团迎击增援之敌。不料，一一一师在安家川以东地区与红一军团一经接触，董英斌就命令该师向西退至黑水寺地区，向一0六师靠拢。红军歼灭援敌的计划未能实现。
董英斌竭力避战，毛泽东则不依不饶，穷追不舍。根据两天来的战况，毛泽东认为第五十七军已是惊弓之鸟，红军必须迅速抓住战机，乘胜扩大战果。因此决定主动出击，以“包围黑水寺，整个解决董英斌”为基本方针。
23日8时，毛泽东确定了新的作战部署：以红一军团主力进至黑水寺东北之韩家河、甘沟门、王家庄地区，准备对黑水寺实施进攻;以第1团、第13团及军团侦察连，由聂荣臻率领，由北面实施迂回，进至黑水寺以西的龙益湾、王家角以北地区，阻敌西逃，并打击由西来援之敌;以红十五军团主力秘密进至黑水寺以北，控制黑水寺至太白镇之间二三十公里的地区，确保孤立董英斌部。另外，以羊泉镇、道佐铺两地游击队逼近鄜县，大造声势，摆出红军主力马上要攻打鄜县的姿态，牵制、迷惑国民党军，袭扰第六十七军后方，阻止其可能的西援。
就在红军调整部署之时，董英斌率第一0六、一一一师及军部逃往了太白镇。毛泽东下令部队三路追击。24日，红1军团部队在聂荣臻指挥下，在张家湾至羊角台途中，追歼国民党军一0六师第617团。
一直被红十五军团部队包围在直罗镇土寨内的国民党军第一0九师残部已经陷入了绝望的境地。牛元峰虽对部属恩威并施，但寨子里缺粮无水，增援无望，很快就无人再听他指挥。无奈之下，牛元峰只得在23日午夜率部突围。红十五军团穷追几十里，于24日上午在直罗镇西南的老牛湾将之包围。卫土要掩护牛元峰逃命，牛元峰当初将话说得太大，自觉无颜再见袍泽，掏出手枪给随从副官，说：“我姓牛，这里是老牛湾，这是老天容不下我。天意不可违，我走不了了，你帮我做个了断。”老牛湾便成了牛元峰的归天之处。
董英斌率部退守太白镇后，紧急加固工事，重兵固守。国民党军猬集一团，红军不易攻克。毛泽东遂指示聂荣臻在前线释放几个俘虏军官，让他们转告东北军领导人，只要东北军同意反蒋反日，与红军停战，红军俘虏东北军的人员和缴获的枪支可以如数归还。
随后，毛泽东指挥方面军主力撤出战斗，挥师向东，寻歼由鄜县西进的国民党军一一七师。但在红军东进途中，一一七师得知第五十七军后撤的消息后，急速退回了鄜县县城。红军遂结束战役，主力集结羊泉镇以北地区转入休整。
战役结果
直罗镇战役，红军先后歼灭国民党军1个师1个团，击毙师长牛元峰以下1000余人，俘获5367人，缴枪3500百余支(挺)，其中轻机枪176挺、迫击炮8门、子弹22万发。缴获电台两部，战马300匹以及其他军用物资。
战役意义
直罗镇战役让参加围剿红军的东北军，彻底认清了蒋介石的险恶用心，加速了国民党的营垒分化，对日后红军同东北军建立抗日民族统一战线及“西安事变”的爆发都产生了积极影响。
直罗镇战役的胜利，彻底粉碎了敌人对陕甘根据地的第三次“围剿”，为党中央和红军在西北建立和扩大根据地，推动全国抗战，举行了一个奠基礼。
直罗镇战役的胜利，再次证明了以毛泽东同志为核心的中央和红军领导集体正确领导，是中国革命走向胜利的根本保证。直罗镇战役的胜利后，西北根据地出现了一个新局面。
