8月1日，總攻開始，經過4小時的激戰，突破了三關口、瓦亭一線的馬軍防禦，2日攻佔了戰略要地六盤山。
解放軍千裡追擊，氣勢磅礴，勢如風卷殘雲。追擊途中戰士們忍受極度饑渴，克服種種困難，日夜兼程，直逼蘭州。
蘭州是甘肅、寧夏、青海、新4省的交通輸紐，是西北軍政長官公署所在地，西北政治軍事中心。蘭州三面環山，北有黃河天險作依託，南有南山作屏障。主陣地有鋼筋水泥碉堡，形成碉堡群，通向城裡的環山公路與各主要陣地相連線。外側面有環形人工峭壁1至2道，高6至10米。峭壁外有一兩層3至5米深的外豪，各壕之間又有暗堡和野戰工事。
馬步芳父子把保衛蘭州，看成是自己生死存亡的關鍵，親自指揮部署。並請求空軍助戰。
馬鴻逵擺出支援青馬個態勢，等待時機攻擊解放軍背後。
胡宗南調集4個集團軍於川陝公路，準備配合青馬作戰。
8月19日至20日，第一野戰軍兵臨城下，從東西北三面包圍了蘭州。
21如淩晨，野戰軍向蘭州發起了攻擊。對南、西、北三面的外圍據點同時實施猛烈的炮擊後，步兵隨後發起猛烈的攻擊，馬家軍從掩體爬出，依據有利地形，向沖上來的解放軍發起反攻，一直打到天明，陣地仍然在敵軍手裡。進攻部隊撤下來來了。
彭德懷：“怎麼搞的？”
許光達：“主要是輕敵，沒想到馬匪抵抗會這麼頑強，此外我們對蘭州城外防禦工事瞭解也不夠。”
楊得志：“也是輕敵，事先沒有把情況搞清楚。”
彭德懷：“你們都說對了一半，有一半沒有說。就是馬匪防禦工事太堅固！搞總結主觀、客觀都要講。客觀原因摸不清楚，到時候還要吃虧。馬繼援的防禦不能小看，從這一仗可以看出，馬繼援並不是我們想像那樣軟弱，他是作了死守蘭州的打算了。”
8月25日早7時，三個兵團同時展開了攻勢，炮兵對敵人實施炮火準備，馬家軍陣地瞬間化作一片火海，這次炮擊不但火力猛，而且打得準，對敵人前沿陣地及敵人火力點的破壞效果明顯。
沈家嶺是蘭州的南大門，必須拿下。第4軍11師31團團長王學理身先士卒，指揮爆破組把沈家嶺炸開了一個缺口，2營官兵冒著槍林彈雨沖向敵人陣地，接著第二梯隊一營迅速跟進，敵人190師招架不住，馬繼援派兵增援，陣地上殺聲震天，血肉橫飛，待敵漸漸不能堅持時，王學理大刀一揮，預備隊1團拿下了沈家嶺，團長王學理、政委李錫貴都壯烈犧牲，全團只剩下300人。
臯蘭山主峰營盤嶺戰鬥也同樣激烈，敵人憑借鋼骨水泥工事拼命抵抗，6軍17師50團幾次爆破均未奏效，最後46團7連指導員曹德榮抱起一堆炸藥，趁手榴彈爆炸的濃煙沖到削壁底下，以自己的身體支撐炸藥包，一聲巨響與敵碉堡同歸於盡。戰士們以英雄為榜樣，沖上臯蘭山，與敵人拼殺，下午5時，終於佔領了臯蘭山。
63軍攻佔了豆家山戰地。
65軍佔領了古城嶺、馬架山。
敵人的幾個主陣地被突破，王震1兵團也朝蘭州西側急速前進。馬繼援神色慌張，與其父馬步芳通話之後，下令全線撤退。
26日11時7師21團在強大火力掩護下越過黃河鐵橋，一舉殲滅黃河北岸白塔山上的守敵。
中午12時，蘭州宣告解放。
蘭州解放，王震帶領1兵團向西寧挺進。馬步芳27日逃離西寧。馬繼援到西寧後，也於30日，逃到重慶。9月5日，1兵團1軍解放西寧。
西北軍政公署副長官劉任收集青馬餘部向西撤退，1兵團2軍和2兵團緊急追擊逃敵，翻過祁連山，繞過烏鞘嶺，穿過騰格裡大沙漠，直取武威、張掖、最後解放了酒泉。青馬徹底被殲滅。
青馬覆滅，寧馬孤立。馬鴻逵拒絕傅作義好言相勸，飛到重慶，其子馬敦靜遵照父親“燒光、打光、淹光”的旨意，從景泰開始佈置三道防線。
楊得志率領19兵團於1949年9月6日，開始北進，剿撫並用，勢如破竹，馬鴻賓、張欽武先後起義，馬敦靜三道防線徹底崩潰，馬敦靜倉皇出逃，其三個軍分別向我部投降。23日寧夏解放，殲敵4萬餘人。
