胡宗南集团进占延安后，国民党政府“西北行辕”之青海军阀马步芳（青马）、宁夏军阀马鸿逵（宁马）趁火打劫，不断进攻陕甘宁解放区。至5月中旬，先后侵占了陇东地区的庆阳、合水、环县和三边地区的盐池、定边、安边等城镇。青宁“二马”集团在占领区进行野蛮的“清剿”，烧杀抢掠，甚至把捉去的民兵、干部和战士，割头破肚，残暴异常。
蟠龙战役后，胡宗南部集结于蟠龙、青化砭地区整补，主力缩集一团，野战兵团一时难以寻得各个歼敌的战机。在真武洞祝捷会期间，彭德怀、习仲勋同周恩来、陆定一接连开会，分析西北战场的局势，制定下一步作战方案。决定6月份集中全军主力西出陇东，歼击青宁“二马”有生力量，收复庆阳、合水，然后相机南下关中或北上三边，以调动胡宗南集团主力，寻找战机歼敌。
5月21日，彭德怀率领野战兵团各纵、旅自安塞地区西进。至7月7日，先后进行了陇东、三边战役，收复了环县、定边、安边、靖边等地，歼灭马步芳、马鸿逵所部2400余人。
三边分区的定边、安边（今安边堡）、靖边，位于陕甘宁边区的西北部，大都座落在古长城脚下，处于毛乌素沙漠的边沿，干旱多风，缺少植被，一派荒凉。气候变化无常，昼夜温差很大，往往风吹沙起，搅得天昏地暗。
出发之前，野战兵团司令部要各部自带饮水。当地出产一种葫芦，晾干后可做水壶用。彭德怀看到直属队的同志身上背着水葫芦，高兴地说：“你们是革命的李铁拐。李铁拐那个神仙葫芦里装的不知道是什么药，连自己的脚也治不好。你们葫芦里装‘甜水’，能治渴，还能治脱离群众的毛病，这才是真正的宝葫芦。”一番话把大家都说笑了。
6月下旬，部队由环县向三边地区进发。光秃秃的黄土高原，水源奇缺。大部队连续行军，饮水极端困难。全军以惊人的毅力，冒炎热，战干渴，越过荒凉的苦水（水为盐碱质，涩苦而不能饮用）地区，于6月底进入定边南山。
时值盛夏酷暑，骄阳似火，把浩瀚的沙漠烤得滚烫。战士们把烫热的步枪，从这个肩头换到那个肩头，迈着沉重的脚步前进。干渴成了前进路上的大敌。由于极度干渴，许多人鼻孔流血，嘴唇干裂，呼吸困难。有的战士因中暑而牺牲了。
彭德怀已是近50岁的人了，白天和部队一道行军，晚上同睡在沙窝里，劳累缺水，嘴唇血肿。一次，警卫员从沟底提上来一壶水，准备给他润喉。有个战士渴得难受，想要喝一点，警卫员不乐意。彭德怀说，一口水就是一条命啊！要给更需要水的战士！他自己一口也没有喝，继续往前走。经过新四旅四十九团，团里送了一杯甜水给他。他仍然说：“给战士喝吧！我到前边能找到水。”一天，彭德怀又要警卫员拿水壶来给一个干渴难耐的战士喝水，警卫员急了，说：“喝光了你喝什么？看你的嘴唇都肿得那么高了。”彭德怀说：“你跟我在一起，还不晓得我本来就长着厚嘴唇吗！”警卫员苦笑着，只得把水壶交出来。
和战士同甘共苦，“有盐同咸，无盐同淡”，这是彭德怀从红军时期以来始终坚持的八个字。从延安撤出后，他就命令取消了司令部的小灶，说：“大灶吃啥我吃啥。”自此以后，司令部管理科的千部常因给彭德怀改善一下伙食而受到他的严厉批评。这次进军三边，极为艰苦。7月中旬，司令部进驻靖边张家畔。管理科的干部看到彭德怀辛劳过度，日益消瘦，都很焦急。一天，炊事员杨应国超过了伙食标准，以每条两千元边币的价钱，在集市上买了20条新上市的黄瓜（按：相当于半斤小米一条黄瓜），想给他增加点营养。彭德怀把管理科长高克恭找来，问道：“战士们能吃到黄瓜吗？吃不到！战争打得这样苦，二纵队过沙漠时就渴死了人，我们应当多为战士着想呀！老百姓勒紧裤腰带来支援我们，他们的负担已经够重了。多浪费一分钱，我们也应当觉得惭愧！”第二天，他在团以上干部会上，就此事作了自我批评，吩咐把凉拌黄瓜送到参加会议的各个小组。事隔5年之后，彭德怀在一次谈话中提及这件事时，还说：“黄瓜本是极普通的菜，黄瓜虽小，影响事大。在大家艰苦困难时，都吃苦没话说。可大家连饭都没得吃，你买几千元一条的黄瓜，事就大了。”
由于国民党军抢劫，战争破坏，加上这年陕北先旱后涝，边区人民生活很苦，不少群众以榆树皮、槐树叶、野菜充饥，却把保存下来的一点粮食拿出来供给部队，说：“宁愿饿肚子，也要让部队吃饱打胡儿子。”所以彭德怀常说：边区人民对我们的恩德如同父母。以后，在沙家店战役时，部队的粮食供应时断时续。有的团一天只领到7斗黑豆，连队以黑豆、粗糠糊糊为食。战役结束后，彭德怀听说有个营没有粮食做饭，立即命令管理员把司令部仅有的4斗小米全部送去，自己和司令部人员却以一些粗糠和黑豆“钱钱”（压扁了的黑豆）充饥。有的人实在不忍心让日夜操劳的司令员吃这样的饭。可是彭德怀却乐呵呵地说：“这就很不错了！长征时，要是有它就好了！' '
这时，他因忙于指挥作战，眼睛熬得发红，己经两天两夜没有睡觉了。
中国人民解放军经过一年的内线防御作战，歼灭了国民党军112万人，转入战略进攻的时机成熟了。为组织和发展全国的战略进攻，中共中央决定召开会议进行研究。7月16日，彭德怀和习仲勋一道，从野司驻地张家畔出发，到靖边小河村出席于7月21日至23日召开的这次重要会议。
靖边小河村是个绿树掩映，依山傍水的小山村。会场设在一顶用柳枝、草席搭成的凉棚下。从陕北、晋绥和太岳区来的将领们在这里欢聚一堂，议论战局，互通情况，交流经验。会议总结了第一年的作战形势，研究了第二年作战的基本任务，即进行全国范围的战略进攻，部署了各解放区的配合作战问题。
会前，中央领导人分别同先后到达靖边小河村的彭德怀、贺龙、陈赓等，研究太岳纵队的使用方向。原来中央军委准备调陈赓纵队由晋入陕，和西北野战兵团一起歼灭胡宗南部与解放大西北。鉴于晋冀鲁豫刘（伯承）邓（小平）野战军强渡黄河实施战略突破后，战局已有重大变化。中央改变了在陕北打大仗的计划，决定陈赓纵队改为南渡黄河出豫西，协助刘邓出击经略中原，从相反的方向牵制敌人，配合陕甘宁边区军民击破胡宗南部的进攻。毛泽东指出，现在决定边区、陈赓两部分开打，从战略上与粮食上均有利。对蒋介石的斗争，计划用5年解决。西北战场今年只能削弱胡宗南，到明年可以造成消灭他的条件。陕甘宁边区在军事上与财政上均以依靠晋绥为主。敌人寄希望于我们不能长期支持这一点上，我们的对策就是主力转入外线，内部精简节约。
彭德怀完全赞同中央军委和毛泽东的战略决策。在会上说：陕甘宁、晋绥两个区统一，很有必要，财政统一也很重要。精简非厉行不可，前后方均应有严格的编制与制度。陕甘宁以90万人养9万人，甚至不能维持3个月。有人寄希望于陈赓部来陕，而不认真准备艰苦奋斗，这种思想必须切实解决。彭德怀建议野战军成立党的前线委员会，以讨论重大方针政策和执行战略任务。毛泽东当即表示同意。7月31日，中共中央军委给彭来电，同意前委以彭德怀、习仲勋、张宗逊、王震、刘景范5同志组成，彭为书记。西北野战兵团定名为西北人民解放军野战军，彭德怀任司令员兼政委，习仲勋任副政委。
会议决定将晋绥军区重新并入陕甘宁晋绥联防军（1948年2月改称联防军区），由贺龙任联防军司令员，习仲勋任政治委员，统一领导陕甘宁和晋绥两个解放区的地方武装。贺龙还兼任西北财政委员会和财经办事处主任，以他为核心，统一领导两区的地方工作和财经工作，加强陕北作战的后勤支援。
小河会议后，习仲勋留中共中央西北局工作。在贺龙、林伯渠、习仲勋的领导下，通过统一金融贸易、整顿税收、实行统筹统支等措施，迅速实现了两区财政经济的统一。集中两区的人力、物力，全力支援西北解放战争。毛泽东在1948年1月赞扬说：你们前后方合作，团结得很好。
7月下旬，中央军委调晋绥军区许光达第三纵队西渡黄河，参加陕北作战，归西北野战军建制。至此，野战军共辖8个旅，约4.5万人。
为调动胡宗南集团的主力北上，以策应陈赓、谢富治纵队南渡黄河，挺进豫西；并相机夺取榆林战略要点，以取得兵员、物资补充，巩固解放军的后方，西北野战军前委和彭德怀遵照中央军委的决定，部署进攻榆林。彭德怀对干部讲：毛主席说过，这里是战略牵制区，要把蒋介石的战略预备队牵在这里。我们就是要把敌人拖住在陕北，不让他走。我们拖他，毛主席、党中央也在这里拖住他，胡宗南的部队就走不了。
7月30日，彭德怀指挥西北野战军由大、小理河向榆林开进。8月6日，对榆林外围进行攻击。到7日，肃清了敌军外围据点，但攻城战斗却遇到了很大的困难。
榆林是国民党政府“北平行辕张垣绥靖公署晋陕绥边区总部”的所在地，西与宁马集团，南与胡宗南集团形成特角之势，北与绥远傅作义相依，是绥远、陕西的重要门户。有“晋陕绥边区总部”总司令邓宝珊部第二十二军、胡宗南的一个旅及地方团队1.5万多人守备。
蒋介石得悉西北野战军围攻榆林，认为如榆林不保，则宁夏孤立；胡宗南一旦失去北面的作战配合，必将影响整个西北战局。即令榆林守军坚守待援，急调在安塞、保安地区的胡宗南主力整编第一、第二十九军共8个旅，分两路向绥德、霞县方向急进。另以钟松的整编第三十六师组成援榆件陕速兵团”，轻装日夜兼程，限于11日进抵榆林，路上靠空投和抢粮补给。
彭德怀获悉援敌急速前进后，在8月9日向中央军委请示：榆林城坚，东、北两面沙漠，西、南两面水坑水道，不易进行攻城。现钟松增援甚急，决以两个旅继续围城，集中6个旅先歼灭援军再攻城。当天，中央军委同意以一部围城，主力先打钟松后打榆林。随后野战军得悉整编第三十六师在8月9日进抵距榆林320里之龙州堡，10日继续向横山前进。于是彭德怀决心争取先攻克榆林，而后再打援。8月10日和11日，西北野战军对榆林进行两次爆破与强攻，由于野战军缺少炮火的有力支援和周密的组织准备，攻击均未能奏效。中央军委在11日来电：榆林非急攻可下，而钟松仍有可能迅速增援。似宜决心暂停攻城，集结7个旅打钟松。
钟松很狡猾，他率整编二十六师走长城外沙漠地驰援，绕过西北野战军阻援部队，8月11日已进抵横山以北地区。敌军靠拢，野战军围城打援己不可能。为争取主动，另行寻机歼敌，彭德怀决定12日撤离榆林。有的指挥员要求再攻一次，彭德怀斩钉截铁地说：“说不打就不打，再有一个钟头能打下也不打了。再打下去就要被动，撤出来是主动的。撤出去，打的机会有的是，还可以打援兵。问题不在邓（宝珊），而在胡（宗南）。我们要放长线钓大鱼。把敌人来回拖，找准时机再钓他上来。”
10月21日，彭德怀总结说：打榆林，战役目的是引诱敌人北过无定河，给陈、谢渡河南进造成有利形势。榆林虽未打下，但吸引敌人北进目的是达到了，此役是胜利了。
从榆林撤围后，中央军委指示西北野战军在榆林、米脂间休整待机，隔断刘裁、钟松两部，吸引该敌，以利陈赓、谢富治集团行动。所以，彭德怀把主力集结在榆林东南、米脂西北地区。为了保障后方机关安全，并进一步迷惑敌人，诱使胡宗南在指挥上再犯错误，中共西北局和各后方机关根据中央军委指示，从霞（佳）县移至黄河以东，陕甘宁晋绥联防司令部的一些电台也过了河。同时以一部兵力掩护，显示大军将要过河的样子。胡军果然又上钩。根据其电台测向及侦察报告，说西北共军正“仓惶逃窜”；还说什么共军到了佳县已经弹尽粮绝，把大炮都埋了。胡宗南断定西北野战军主力将渡河东去，严令各军“迅速追击，勿失此千载良机”。令刘裁率5个旅向佳县急速前进，于8月16日进到绥德义合镇地区；又令钟松率整编三十六师由榆林南下，与北进主力会合。胡宗南的意图是：“迫敌于两河（黄河、无定河）之间决战”，在榆林、米脂、佳县三角地区歼灭西北野战军。
钟松的整编三十六师，是胡宗南部进攻陕北的主力师之一。自吹：“共军可以吃掉别的军队，就是吃不掉三十六师。”钟松自恃援榆有功，异常骄傲，声言要“一战结束陕北问题”13日进入榆林城，14日即马不停蹄地率两个旅经归德堡南下，16日到达镇川堡。
彭德怀对这个整编三十六师特别“关注”，下令准确侦察其编制、兵员实数和轻装程度；又部署部队严密监视它和刘裁部的行动方向，将情况随时向他报告。他说：“决心是建筑在准确掌握情况的基础之上。”现在，他决心要先来敲整编三十六师。他认为这个师虽是胡宗南三大主力之一，但经过长途行军，严重减员，也己是疲惫之师；而钟松刚愎自用，利令智昏，为再立“战功，' ，竟远离主力，孤军冒进。因此，它又是一支“骄兵”。彭德怀说：“‘骄兵必败’！要利用三十六师的弱点消灭它。”17日，彭德怀把野战军主力隐蔽集结于镇川堡东北地区待机，命令各部观察地形，准备战场。
这时，毛泽东、周恩来和任弼时率领的中央机关，刚经过乌龙铺向北转移。而南北对进的刘裁、钟松两部敌军，相距只有百里左右。如南北之敌会合，东向封锁黄河各渡口，并控制无定河及米脂、佳县之线，中共中央机关和野战军将被挤在佳县、米脂、榆林3县间南北三四十里，东西五六十里的狭小地区内。这里，北面是浩瀚的沙漠，东面是滚滚黄河，西、南是无定河和敌军，野战军将处于侧水侧敌，回旋余地很小的困难处境。中央领导的处境更是异常危急严峻。一贯镇定的彭德怀在和参谋长张文舟等人研究如何保障毛泽东和中共中央的安全时，也不禁满头是汗，把军帽摘下来放在桌子上，时而细看地图，时而来回踱步。他对张文舟说：“必须切实保障党中央的安全，要给中央以安全感。”为确保万无一失，立即派许光达率领第三纵队，到乌龙铺、曹庄一带接应和掩护中央机关转移。后来又急电中央军委和毛泽东，请中央机关向佳县西北方向转移，靠近野战军主力。
8月17日，刘裁率主力北进至吉镇以南地区。同日，钟松将该师分为两个梯队，以第一二三旅为前梯队，由镇川堡向佳县西的乌龙铺突进。鸟龙铺距刘勘和钟松两部都只有几十里，是敌人的会合点。依据钟松部分路前进情况，彭德怀断定其主力必将经沙家店地区东进，决心在其未与刘裁靠拢前，在运动中歼灭之，以粉碎敌人的合围夹击计划，确保中央机关的安全，改变西北战局。
8月18日3时30分，彭德怀发布“以伏击姿态歼灭该敌三十六师”的命令。命第三纵队（并指挥绥德军分区两个团）以一部兵力吸引钟松的前梯队，以主力抗击刘裁所部，阻止该敌与三十六师会合。集中一、二两个纵队和教导旅、新四旅，先歼灭三十六师的后梯队，再歼其前梯队，以收各个歼敌之效。当天上午，野战军主力与敌交锋，因天降大雨，敌之后梯队仓惶撤至沙家店地区。
当日晚，野司接电报得知，葭芦河因大雨水涨，不能徒涉，毛泽东和中共中央机关无法向北转移，改为向西北方向冒雨行进，尚未脱离险境。彭德怀用手指在地图上估量着两路敌军相距的里程，板着脸一言不发。他坐坐站站，对着地图沉思。作战值班室里鸦雀无声。参谋们进出窑洞，都是轻手轻脚，生怕打扰了他运筹歼敌的思路。彭德怀要参谋通知部队，继续严密监视敌人，一有情况，立即报告。这几天，他每天只喝几口小米粥，很少睡眠。
18日战斗后，刘裁并未增援钟松而率主力5个旅继续北进。19日占领神泉堡和佳县城。钟松率整编三十六师师部及一六五旅，在沙家店附近高地构筑野战工事。这时钟松发现西北野战军主力并未渡河，而在他部队的附近，急电其前梯队一二三旅回撤沙家店。彭德怀分析两部敌军态势，判断敌军并未摸到西北野战军意图，决心仍先行歼灭第三十六师。同时，适当调整了部署，以新四旅抗击回援之一二三旅。
19日戌（19—21）时，彭德怀报告中央军委：“拟于明号（天）拂晓包围沙家店附近敌之两侧而歼灭之。得手后逐次向东北各个歼击之。”20日3时，毛泽东亲拟中央军委复电：“完全同意你对三十六师的作战计划。”毛泽东和中央机关是在19日转移至“镇川堡正北80里之梁家岔地区（老苏区）与主力会合”的，从而结束了自小河出发以来19天的长途艰险行军。中央在8月21日特电告中央工委、中央后委及各战略区说：“大家都安全”，以解除各方的挂念和忧虑。
8月20日拂晓，第一、第二纵队向整编三十六师发起攻击。该师第一二三旅为解其师部之围，由乌龙铺折回。午后被野战军教导旅和新四旅包围于常家高山附近。彭德怀命令：坚决把一二三旅消灭掉，不能让它往西靠。就这样，整编二十六师的两个旅被分割两地，全部被包围，前后两个梯队无法相顾。
为了在刘裁赶到之前迅速消灭被围之二十六师，彭德怀发出了歼敌动员令：“彻底消灭三十六师，是我西北战场由战略防御转入战略反攻的开始，收复延安解放大西北的开始”。要发扬无限英勇的精神“立即消灭三十六师，活捉钟松，号召你们本日黄昏以前胜利完成战斗任务”！全军振奋，斗志昂扬。向钟松师展开猛烈冲杀。
胡宗南接到钟松的呼救电报，即令刘裁增援。又急电一二三旅旅长刘子奇：“固守待援，将派飞机参加战斗。”刘裁也致电钟松：“已令五十五旅就近来援，主力继后即到。”但是刘裁所率主力被我第三纵队及绥德分区的四、六团奋力阻击，难以前进。连他的警卫部队也一度被冲散。直到黄昏前，距离钟松的阵地还有30多里。孤军突进的整编三十六师，如今只能孤军作垂死挣扎了。骄横一时的钟松，盼援军无望，暴跳如雷。眼看形势急转直下，阵地相继丢失，电台亦被击毁，各方联络断绝，便和一六五旅旅长李日基等换衣化装，乘黑夜逃跑。野战军经过激战，当天黄昏歼灭了整编三十六师师部及两个旅，共6000余人，俘旅长刘子奇。
沙家店战役粉碎了敌人对陕北的重点进攻，化险为夷，是扭转西北战局的关键一仗。彭德怀说：这“是陕北战局的转折点”, “基本上改变了敌我形势”。西北战场由被动转入主动，野战军开始转入内线反攻。敌人则开始走下坡路。整个陕北军事形势为之改观。中共中央高度评价沙家店战役的影响，说：“经此一战，局势即可改变，利于陈（赓）谢（富治）南进。”22日，陈谢集团相机强渡黄河，挺进豫西，转战豫陕鄂边地区。
8月23日，彭德怀在前东原召开旅以上干部会。毛泽东、周恩来、任弼时等中央领导人亲临会场，向指战员们祝贺胜利。毛泽东在会上说：沙家店这一仗确实打得好，对西北战局有决定意义，最困难的时期已经过去了。用我们湖南话来说，陕北战争已经过坳了。他称赞说：侧水侧敌本是兵家所忌，而我们的彭老总指挥的西北野战军英勇奋战，在短短一天时间里，就取得了空前的胜利。毛泽东讲话后，彭德怀站起来说：“毛主席讲过坳了，这是对我们的鼓励。我们要真正过坳，还要多打几个胜仗。”24日，毛泽东致电贺龙和习仲勋：昨日我到前委参加会议，彭及各纵首长对于继续在现地区歼敌信心甚高，部队士气高涨，均愿先在现地歼敌，然后南下。该电要求贺、习派几批得力人员大力动员粮食，以完成作战计划。
8月26日，绥德以北敌军主力开始南撤。彭德怀指挥西北野战军乘机“击其惰归”，于9月中旬进行了岔口、关庄追击战，歼敌4000余人，迟滞了敌军行动，使敌人迅速抽兵东顾潼关、豫西的计划流产，策应了陈谢集团在豫西的作战。
西北野战军组建时，陕甘宁边区的警备第一旅、第三旅编为地方部队。在王世泰率领下于关中分区开展游击战争，袭击公路运输，牵制敌军兵力，配合主力作战。根据中央军委指示，9月，以陕甘宁边区的地方部队警一旅、警三旅和骑兵第六师组成第四纵队，王世泰任纵队司令员兼政委，阎揆要任副司令员兼参谋长。10月11日，又将教导旅、新四旅组成第六纵队，由罗元发任司令员，徐立清任政治委员，张贤约任副司令员。至此，西北野战军发展为5个纵队、10个旅另1个骑兵师，共7万多人。胡宗南部主力于9月20日撤到延安地区，而作为延安外围据点的绥德、子长、清涧至延长的100多公里交通线上，只有廖昂率整编七十六师师部、第二十四旅及一六五旅残部等不足两个旅的兵力担任守备。黄龙山区仅有6个团的兵力分散防守。中央军委在9月22日和23日，连续电示西北野战军主力暂留内线，肃清清涧、子长、延川、延长之敌，筹集粮草并准备打援。根据军委指示和陕北粮食极端困难的情况，彭德怀决定野战军各部内、外线配合作战，先攻延川、延长，同时准备打援，得手后再攻清涧、子长（瓦窑堡）。一个月后打出去。24日，彭德怀令王震率第二纵队由甘（泉）、富（县）、洛（川) 线节节击敌，逐渐转向关中，与王世泰第四纵队靠拢，进行外线作战。第二、第四纵队会合后组成外线兵团，统归王震指挥，开辟黄龙山区工作。这个部署既可以适时转向外线，解决粮食困难，又能迷惑敌人，使胡宗南部误认为西北野战军主力南进，而分散其主力，有利于野战军在内线各个歼灭延安以北孤立据点之敌。10月1日，第三纵队及教导旅攻克延长、延川两城，全歼守敌。第一纵队攻占清涧城南之三十里铺，割断清涧、子长、绥德守敌与延安之敌的联系，创造了围攻清涧的有利条件。清涧城位于延安、绥德之间九里山以南，是北上绥德、榆林，南下延安、西安的交通要冲。清涧河夹城东西，在城南汇合向东南流。城西的笔架山与城东北部的制高点隔河相望，构成东、西屏障，地形险要。廖昂军侵占清涧后，在城周大修碉堡，以交通壕相连，并设置大量障碍物，企图凭险固守。
10月3日，彭德怀召开西北野战军前委会，研究攻打清涧的部署。他认为收复清涧是收复瓦窑堡和绥德，巩固后方，夺取榆林，向关中进军的关键。由于清涧的地理位置，我攻清涧，敌必来援。会议决定以第一、第二纵队坚决夺取清涧，新四旅、教导旅分别阻击南、北来援之敌。10月4日完成对清涧的包围。彭德怀根据清涧守敌纵深配备、并有相当强的工事，野战军则缺乏攻坚火器和攻坚经验的情况，向部队发出作战指示：必须准备数日的连续战斗，要不怕疲劳，发扬高度英勇顽强的战斗精神；在战术上，攻击每一据点事先要有充分准备，隐蔽运动，突然攻击与短促火力相结合，集中优势兵力、火力突破一点，割裂敌人阵地，各个包围歼灭。各兵团必须协同动作，先打弱敌，后打强敌，争取在敌人援兵到达之前歼灭守敌。攻城部队按照彭德怀的指令，于10月6日黄昏同时发起冲击，至7日攻克外围据点10余处。
清涧城的整编七十六师师长廖昂，一日数电向胡宗南求援。10月8日，刘裁率5个半旅的兵力，由延安出动增援清涧。9日，敌援军到永坪，即清涧仅一日行程。而野战军进攻部队尚未肃清清涧的外围据点，尤其是可以瞰制全城的城西险要高地笔架山尚在敌手，对攻城部队构成很大威胁。
笔架山，当地老百姓称它“耙子山，' ，周围是数丈高的陡崖峭壁。加上廖军多次进行人工切削，攀登极为困难。担任攻击的三五八旅由于炮火不足，加上开始时选择目标不准确，因而连续数次攻击均未能占领。如不及时拿下这个屏障县城的山峰，必将影响逼城夺取清涧的战斗。彭德怀打电话给纵队副司令员贺炳炎说：你要赶快给我拿下耙子山”。贺炳炎强调攻击部队伤亡大，有困难。两人在电话里顶了起来。彭德怀的作风是果断，雷厉风行，在下决心前欢迎人家提意见，下了决心作出部署后，就要坚决执行，但给下面一定的机动处置权。这时他压下火气，立即带了副参谋长王政柱和几个参谋、警卫人员，直奔二五八旅指挥所，同旅长黄新廷、政委余秋里等，到攻打笔架山的前沿阵地，观察地形和敌军火力点分布。
彭德怀站在一条横向的堑壕里观察。这里常遭受敌人火力袭击，机枪可以打到。余秋里说：“彭总，这里危险，快换个地方吧！”彭德怀说：“你们经常在这里观察都不怕，我怕什么！”黄新廷、余秋里见时间长了要出危险，只得上前把他硬架了下来。刚离开，一梭子弹就打在刚才站的位置上。彭德怀风趣地说：“看来任务没完成，马克思不要我。”
从前沿回来，彭德怀和三五八旅领导一起，重新调整部署，集中组织了攻击火力，于10日上午一举拿下了笔架山，全部肃清了清涧的外围据点。
当天，彭德怀根据中央军委指示和刘裁援军前进速度，调教导旅主力协同新四旅坚决抗击敌之增援部队。同时命令攻城部队做好准备，在10日晚上发动总攻，争取11日拂晓前解决战斗。他说：“绝不能功亏一匮！要在敌援军到达前攻下清涧，活捉廖昂。”
当晚，攻城部队连续炸开城东门和北门，部队同敌人展开激烈的巷战。11日晨，全歼守敌整编第七十六师师部及二十四旅主力，俘敌中将师长廖昂、旅长张新。刘裁所率领的援军，在野战军阻援部队顽强抗击下，这时还在20公里外，对整编七十六师被歼束手无策。胡宗南军因连续被歼，绥德、瓦窑堡方面更加孤立。刘裁率领的援军害怕遭到围歼，连清涧城也没敢进，急忙把守备绥德、瓦窑堡的部队接应出来，一同撤回延安。延（延长、延川）清（涧）战役共歼敌8000余人，收复了绥德、子长、延川、延长等城及延安东北广大地区。
廖昂是个反共老手，本是彭德怀的手下败将。1936年11月，彭德怀在红军西征中指挥山城堡战役，全歼廖昂旅，廖昂落荒而逃，仅以身免。现在廖昂升了官，当上中将师长，但打仗的本事却没多大长进，又遇上彭德怀，这次没能逃脱当俘虏的命运。廖昂被俘后，提心吊胆，睡不着觉。彭德怀找他谈话，他埋怨胡宗南指挥不当，说：“清涧工事虽多而坚固，但胡宗南竟拿我一个整编师部和一个旅部来守据点，简直是和我开玩笑。”彭德怀说：“你们的失败主要并非指挥问题，而是由于你们进行的是反人民战争，士兵厌战，人民反对你们。”谈话后，彭德怀留廖昂吃饭。警卫员端来一盆面条，廖昂惊讶地说：“副总司令太艰苦了。早就听说彭副总司令生活简朴，万万想不到你就吃这样的饭，名不虚传！名不虚传！”彭德怀沉下脸，说：“这样的饭不好吗？中国老百姓吃不上这样的饭有的是。我彭德怀吃这样的饭已经是享受了。你们这些达官显贵看到这样的饭大惊小怪，觉得难以下咽，正说明国民党腐朽透顶，注定要被人民打倒。”谈话后廖昂连声赞叹解放军，称彭德怀为英明的将领。
延清战役前后，野战军在外线作战的两个纵队，在土震、王世泰指挥下，于9月下旬至10月下旬进行了黄龙战役。南北两军相互策应，内线反攻与外线作战密切配合。黄龙战役歼敌3000余人，一度解放了黄龙（石堡人白水、韩城、宜川等县，俘宜川守敌中将指挥官许用修，打开了开辟黄龙新区的局面。随后，第四纵队撤至固临地区，第二纵队由宜川东的屹针滩东渡黄河休整待机。
10月11日，中央军委向各军区、各野战军通报关于西北战场的情况和作战经验：西北我军在彭副总司令指挥之下，全军共计4万余人。边区人口150万，三分之一左右沦于敌占。本年荒旱，近数月粮食极端困难。7个月作战，未补解放区新兵，补的都是俘虏，即俘即补。7个月中没有作过一次超过两星期的正式整训，绝大部分时间都在行军作战中。然而，我军战斗意志极其坚强，士气极其高涨，装备火力大大增强。利用边区地方广大人民拥护，7个月内击破了胡宗南中央系步骑24个旅及杂牌10个旅的攻势，被我歼灭及受歼灭性打击者达11个旅，加上敌人拖疲饿瘦，使我转入了反攻。望各首长转知所属，加以研究，建立一切从打胜仗中解决问题的思想，争取大反攻胜利。毛泽东写的这个军委通报，是对半年多来西北解放战争的评价和精辟总结。
延清战役前夕，中央军委调一纵队张宗逊任西北野战军副司令员。同时，甘泗淇到野战军政治部接替徐立清任主任。
从1947年11月下旬至1948年2月上旬，西北野战军在彭德怀和前委的领导下，利用冬季战斗间隙，在清涧、绥德、米脂、靖边地区（第二纵队在山西曲沃地区），进行冬季整训。在整训中放手发动群众，发扬解放军政治、军事、经济三大民主，同中国共产党正在进行着的整党运动、土改运动相结合，开展以“诉苦”和“三查”（查阶级、查思想、查斗志）为主要内容的群众运动。从撤出延安以来，西北野战军经过9个月作战，部队得到了扩大和锻炼。但也出现了一些新问题：新成分不断增加，特别是补充了大批解放战士（俘虏兵）。有的连队达80%，平均在70%左右。加上在严酷的战争环境中，战斗频繁，政治思想教育跟不上，党的工作较弱，不少解放战士阶级界限模糊，不知为谁当兵，为谁打仗，存在“吃谁家的粮就当谁家的兵”的雇佣思想，情绪极不稳定。在部队的物资供应极端困难的情况下，少数人怕艰苦，违反群众纪律的现象不断发生。个别干部骄傲自满，斗志不强，厌倦战争，贪生怕死，“造假情况，打滑头仗，阳奉阴违，不负责任”，不能坚决完成战斗任务。上述情况在1947年10月至11月间第二次攻打榆林时集中的暴露出来，严重影响部队战斗力的发挥。
当时解放区正进行轰轰烈烈的消灭封建剥削的土改运动。农民的翻身解放与诉苦斗争激励着部队的指战员。这对解决存在的问题是非常有利的。
11月27日，彭德怀和张宗逊向中央军委报告：部队需要有一时期训练。需要普遍深入诉苦运动与土改教育，提高阶级觉悟，增强团结，排除某些人对俘虏兵的恐惧心理。29日，彭德怀召开一、三、六纵队旅长、政委以上干部会，安排了整训计划。要求进行民主检查，“表扬优点，揭发缺点，总结过去，策划将来”。通过整训，扩大党的组织。他强调“工作重点在连队，旅、团、营干部要深入连队，尤其深入支部。健全支部生活，发挥支部的积极性”。反对过去只有政治工作人员做政治工作，而没有发动全体指挥员做政治工作的非群众路线的方式。
冬季整训开始就从土改教育入手，发动士兵诉苦，开展诉苦运动，提高阶级觉悟。解放军大多数指战员都是穷苦农民出身，亲身遭受过地主与富农、国民党政权及其军队给予的各种痛苦。有的家里卖儿鬻女，逃荒要饭，家破人亡；有的几辈子当牛做马，到头来房无一间，地无一垅，衣不蔽体，食不果腹。他们都有一本血泪帐。经过诉苦，挖穷根，算剥削帐，再从大量典型事例中，归纳出问题一层层深入讨论，搞清楚阶级剥削、阶级压迫是怎么回事，反动统治阶级代表谁的利益，劳动人民的共同敌人是谁，天下穷人为啥是一家，等等。讨论具体深入，有情有理，生动实际，紧扣人们心弦。广大指战员通过诉苦这个深刻而实际的阶级教育，把苦变成恨，把个人仇恨变为阶级仇恨，知道了“苦从何来，仇向谁报”，发自内心地喊出“穷人要翻身，消灭国民党军”。大家纷纷表示：“一定要在战场上报仇。”彭德怀指出：诉苦运动还清算了地主、富农思想影响，“大体的划清阶级与敌我界限”, “达到挖穷根坚定斗志”, “建立明确的为土地而战的意志”, “建立彻底打倒蒋介石的思想”。
第一纵队三五八旅的忆苦三查搞得较早，彭德怀非常重视，亲自指导。一天，他和甘泗淇来到三五八旅，听了汇报，又去参加诉苦大会，还找干部战士座谈，了解情况。听到解放战士于德水的悲惨遭遇，他的心情非常难受。沉默了好久，然后转头对三五八旅政委余秋里说：“翻身农民参军的子弟兵，受地主老财的剥削压迫，只受一重苦；俘虏过来的解放战士，绝大多数是贫雇农，他们在家受地主剥削，在国民党军队里又受压榨打骂，受的是双重苦，是我们的阶级弟兄。”这次调查，彭德怀印象非常深。事隔20年之后，彭德怀在“十年动乱”被囚禁中回忆这次调查，写道：“一纵队三五八旅战士中有一名四川人，是俘虏来的。深夜，一个人在野地，写着他母亲的神位，哭诉他母亲是怎样惨死的，仇恨国民党和当地的恶霸地主，他参加了人民解放军，要如何为母亲报仇。一位连指导员悄悄在旁听着，他也有类似苦难，结果他们拥抱相诉相哭。”他写得如此真切动人，可见这次诉苦大会给他留下了深刻的印象，在他受尽旧社会苦难的心中引起了强烈的共鸣。
彭德怀充分肯定三五八旅的经验，对余秋里说：“你们搞的忆苦三查很有意义，这是政治工作的一种新样式。有了彻底的群众路线，就能充分发扬民主。你们要决心抓下去，抓出成效来。”回到野战军司令部后，即通知附近的纵队组织团、营干部去参观学习，推动全军的诉苦运动。
在诉苦和讨论提高认识的基础上，转入“查阶级、查思想、查斗志”的三查阶段。在群众发动起来后，有的更主动地查经济、查纪律、查领导以及查支部与党员的作用，开展严肃认真的批评与自我批评。群众称“三查”运动是“过秤”——看你够不够党员标准、干部条件；“照镜子”——找出自己的缺点、错误。彭德怀指出：通过三查，揭露了思想作风上的不纯问题，检查了违反群众纪律的具体事件和有关人员，批判了个人主义享乐思想、贪生怕死的思想和官僚主义作风；清查出暗藏在部队中的敌军军官和混进党内来的坏分子；撤换了一些斗志不强，坚持地主、富农立场的干部，达到“纯洁思想、纯洁组织，加强工作效率，提高战斗力”的目的。
在三查过程中，也存在着运动发展不平衡，有的一度发生过火的捆、吊、打和逼供信的错误。彭德怀指出，虽时间很短，共有几天即行纠正，但真正的奸细不易除根，其罪恶也未充分暴露，不易教育群众。针对那种过多地把注意力放在追查成分，忽视思想教育的情况，彭德怀明确指出：查阶级、查思想、查斗志的二查运动是有联系的。查阶级查思想，查的目的是为提高阶级觉悟，坚定斗志，提高战斗力。过分的强调成分，就会走上唯成分论的偏向。
1948年1月，彭德怀和前委召开团以上干部会。各纵队首长汇报前一阶段诉苦、三查的情况，交流了经验。会后，部队在诉苦、三查的基础上，转入第三阶段，即开展群众性的练兵运动。通过练兵，使勇敢与战术、技术密切结合起来，进一步提高了指战员的战术、技术水平和干部的指挥能力，为转入外线进攻作了思想上、军事上的准备。
关于这次运动，彭德怀在整军报告中总结道：经过诉苦和三查，“部队中的气象焕然一新”，党在部队中的威信大大提高了。过去解放兵、子弟兵间的隔阂和不团结的现象，被阶级友爱代替了。它提高了指战员的阶级觉悟和战斗意志，增强了部队团结，加强了群众纪律，更加密切了军民关系，发扬了群众创造性，提高了部队战斗力。同时，发扬了民主作风，部队中的管理教育方式，亦有很大改善。这“是我军有史以来第一次伟大的群众运动”，是继承了古田会议的精神，是我军新的整军方式，是毛主席建军思想的坚持和继续。
1948年1月底，毛泽东和周恩来等中央领导人，听取了野战军进行诉苦三查的汇报。毛泽东高兴地说：我们从中央苏区起，就想找到一个教育俘虏兵的好形式，这次诉苦三查的办法把这个问题解决了。毛泽东把它称为新式整军运动。经过他的倡导，全军都开展起来了。其后，西北野战军取得宜川战役的胜利，毛泽东又指出：“这次胜利，证明人民解放军用诉苦和三查方法进行了新式整军运动，将使自己无敌于天下。”周恩来则赞扬诉苦三查做得很好，是“壮大军队”的法宝，说这是“创造了政治工作的新方式”。
部队开展新式整军运动过程中，彭德怀于1947年12月还参加了中共中央在陕北米脂县杨家沟召开的会议。这次会议讨论并通过了毛泽东所作《目前形势和我们的任务》的报告。报告阐明了革命战争转入战略进攻以后所需要解决的军事、政治、经济等方面的方针政策，提出了著名的十大军事原则。
彭德怀以实事求是的态度，联系当时党内军内存在的偏向和政策上的具体问题，提出了很中肯的意见。他在26日发言说：在贯彻中央指示时，要注重调查研究，区别对待。革命斗争在胜利中易于轻敌，在受挫时易于怯敌，军事上如此，地方工作也是如此。土改中“左”倾是当时要解决的主要错误倾向。对此，彭德怀又说：土地问题已上轨道。“团结中农是一个十分重要的问题”。“城市工商业一定不要破坏，即使政治上必须没收的，也不必性急”。他特别强调发扬民主，指出：部队要放手发扬民主，政治教育靠民主，军事上也要民主。战役检讨也必须充分民主化，何以胜，何以败，这个教育最有效。彭德怀预计西北的军事形势在1948年将发生根本变化。
根据十二月会议的精神，1948年1月，彭德怀在杨家沟主持召开西北野战军前委扩大会议。彭德怀在报告中回顾了从延安以南抗击战到二次攻打榆林的战斗历程，简明扼要地总结了4点经验：“指挥者对敌、我、民情及地形要熟悉”，这“是下决心的根据”；“要善于根据敌人之企图来诱惑敌人，以达到自己的目的”；“要善于各个击破敌人，先打弱的后打强的，不要想一口吞”；“兵不要太大，只要齐心；要练得好，用得法”。会上，彭德怀强调要执行好党的城市政策，指出：我们城市政策执行的好坏，将影响西北大中城市工商业家的向背。在农村“宁肯饿肚子也不能动中农”。要求各纵、旅党委一定要注意纪律教育。
前委扩大会议提出西北野战军转入外线作战的基本任务，一是大量消灭敌人；一是建立根据地。会议从方针政策上为在西北开展新区和城市工作，作了具体规定和必要准备。