1949年7月，从南京逃到广州的国民党政府紧急召集马保芳、马宏奎、胡宗南召开“西北联合防会”，提出所谓的“兰州战斗计划”。
即以马步芳集团依托兰州固守，吸引和消耗解放军主力，会同马鸿逵、胡宗南两集团，夹击第一野战军于兰州外围。兰州， 古丝绸之路上的重镇。是甘肃、宁夏、青海、新疆四省的交通枢纽。兰州城北面是黄河和白塔山，东、南、西三面环山，东西长20公里的南山，是全城的天然屏障。 国民党经过不断构筑，在兰州依托有利地形，形成了坚固的防御体系。另外，因为兰州一失，则青马老巢西宁必将不保，所以青马将主力几乎全部集中兰州，屯集了大量粮食、弹药并作了精心周密的部署。以战斗力最强的两个军和两个骑兵旅，共5万余人，重点守备南山各要点与城区；以两个军3万余人，控制在兰州东北的靖远、景泰黄河两岸地区，保障兰州左翼安全；以新编成的骑兵军2万余人，控制在临洮，临夏地区，保障兰州右翼安全。 面对青马重兵防守的兰州，8月4日，第一野战军发布进攻兰州的作战命令。除保障侧翼安全的部队外，以第2、第19兵团5个军近15万人，沿西安兰州公路，分南北两路西进，直取兰州。8月21日，经过一天试攻，基本上摸清了青马防守的重点和火力布置。 经过三天时间的认真准备，8月25日凌晨，总攻兰州战役打响。经过一个白天惨烈的激战后，解放军主攻的青马一线阵地全被攻破，青马决定撤退，解放军已经稳操胜券,下午两点钟，马继援在82军军部（黄河北岸庙滩子）召集各师长开会，下达了撤退命令。下午4点开始撤退，后勤先行，100师5点开始撤退，248师7点开始撤退，190师9点开始撤退。会后，马继援率领82军军部离开了兰州，奔向永登。26日中午，枪声停止，兰州战役结束。
在解放兰州战役中，由陕甘宁陇东地方部队升级而来的4军表现尤为出色，对战役的胜利起了决定性作用。4军主攻的沈家岭不但扼守公路，也是南山主阵地中离黄河铁桥最近的，而铁桥是青马残兵退回青海的唯一通络，堪称兰州与西宁交通的 “锁钥”。
4军11师31团正面主攻，32团从左翼助攻，33团从右翼助攻。凌晨5点多，31团两个营正面展开攻击，用炸药破坏了青马的人造峭壁，打开了缺口。尽管青马拼死反击，连续组织敢死队赤膊反冲锋，遏制住了解放军的快速突进，但难以阻止解放军在沈家岭宽300米的正面战线上落脚。随着解放军艰难地推进，双方在沈家岭南部高地的青马主阵地上展开争夺。战斗异常残酷，双方都伤亡巨大，差不多共有4000人倒在沈家岭南部和西侧一段总共不过三、四百米的狭小战线上。双方在这段时间内的伤亡占了全程十四个小时伤亡的多一半。这是因为解放军必须不顾一切立足，而青马又必须采用反冲锋战术，不顾一切将解放军反击下来，双方的最大本钱都在这段时间内入注。
为了保住这块核心主阵地，青马不停的调兵增援，在569团三个营长全被解放军击毙后，有调来357师骑兵团，82军工兵营，190师直属队等部队。解放军虽然取得了一定进展，但面对凶残的青马也同样伤亡惨重，战斗兵员所剩无几，逼不得已暂时采取了守势。到中午。为防止被青马反冲锋丢掉好不容易得来的立足之地，预备队的10师30团也被投入了沈家岭正面战线，于是战场天平开始向解放军倾斜。随后解放军完全占领了沈家岭南部高地，处于有利态势。青马困兽犹斗，仍连续不断反冲击。解放军每打退一次青马冲锋，就顺势将战线向前推进一步，下午三、四点钟，在打退了青马最后一次大规模冲锋后，解放军战线推至北部高地的核心区域，青马已呈败相。下午五点钟后，青马再也没派来支援部队，解放军抓住机会，步步进逼，把青马打到了沈家岭北部最后一道防线，六点多钟，解放军发起全线冲锋，激战一个小时后占领沈家岭。
在争夺沈家岭战斗中，敌我双方鏖战14小时，敌军先后调用了第190师大部、357师的主力和骑兵第8师的一个骑兵团及82军军部工兵营等凡能调用的预备队。此役，11师打退了敌人排、连、营大小反扑30余次，歼敌3327人。解放军也付出很大代价：在兰州攻坚战中各军共计有13名团以上干部负伤，其中在沈家岭战斗中受伤的就有8位；兰州战役中牺牲的团以上干部有3人，全都在沈家岭战场。计有30团政委李锡贵、31团团长王学礼、32团副团长马克忠等，539人英勇牺牲，1376人负伤，26日1时，11师奉命集结于沈家岭北坡，有战斗力者不足千人，31团仅有120人，32团数10人，33团300余人，为兰州战役的胜利作出了重要贡献。第一野战军授予31团为“英雄团”称号，并赠予题为“勇猛顽强”的锦旗。第一野战军司令员彭德怀对沈家岭争夺战给予高度评价：“沈家岭攻坚战打开兰州锁钥，兰州城的解放是烈士们的鲜血换来的，永远不要忘记他们。”
兰州战役共歼灭马步芳精锐的八十二军3个师大部和一二九军2个师各一部以及3个保安团共计2.7万余人，其中毙伤1.27万人，俘虏1.44万人，另外敌人泅渡黄河淹死2000余人，骄狂不可一世的青马灰飞烟灭了。第一野战军浴血奋战，共伤亡8700人。
8月26日中午，兰州城全部解放。兰州战役从1949年8月21日开始，至8月26日胜利结束。兰州战役在大西北解放进程中的重要地位和作用将永载史册而彪炳千古；兰州战役的统帅、指挥者和数以万计的参加者、特别是为之捐躯的先烈们将水远受到大西北人民的崇敬和怀念；历史将永远记住那些为人民解放与幸福而作出贡献和牺牲的新中国的缔造者！
