1936年7月初，勝利會師的紅二、紅四方面軍根據黨中央指示，從甘孜地區啟程北上。國民黨當局為阻止紅二、紅四方面軍北進，倉促在甘南地區部署防線：第3軍第7師、第12師布防於文縣、武都、天水、西固一線﹔第37軍第8師、第24師駐守隴西、定西地區﹔新編第14師扼守岷州、洮州、西固要點，企圖構成西固至洮州、天水至蘭州兩道封鎖線。但敵軍點多線長、兵力分散，整體部署尚未完全就緒。蔣介石遂急令此前因“兩廣事變”南下的胡宗南部，由湖南長沙北返馳援，但其部短期內無法抵達甘南前線。

中共西北局依據上述情況和中革軍委8月2日關於速出甘南、搶佔臘子口、攻佔岷州的指示，決定以紅二、紅四方面軍共同組織岷（州）洮（州）西（固）戰役，乘敵主力尚未向岷、洮集中之機，搶先奪取岷州、洮州、西固地區，以利繼續北進。當即以紅四方面軍第30軍、第9軍、第5軍組成第1縱隊，其主力由包座、俄界經旺藏寺出哈達鋪攻岷州，一部取道白骨寺、爪咱之線，相機奪取西固，並向武都佯動﹔以第4軍、第31軍組成第2縱隊，奪取洮州舊城，而后主力向臨洮方面活動，一部向夏河、臨夏發展，以保障左側安全﹔以紅二方面軍為第3縱隊，出哈達鋪，策應第1縱隊、第2縱隊。

甘孜會師后，紅二、紅四方面軍廣大指戰員急切盼望早日與黨中央會合，實現黨和紅軍的統一，奔赴抗日前線，因此對中共西北局制訂的北進戰役計劃高度擁護，個個信心百倍，以極大的革命熱忱和英勇獻身精神投入作戰。

8月5日至12日，各縱隊先后從包座地區出發，向甘南挺進。

9日，第1縱隊先頭部隊第30軍第88師搶佔天險臘子口，全殲守敵1個營，為后續部隊開辟了前進通道。10日，第89師攻佔大草灘、哈達鋪，殲敵1000余人，繳獲長短槍1000余支、輕重機槍6挺。隨后，第88師、第89師分路向岷州方向攻擊前進，當晚便掃清岷州城外大溝寨、西川、南川等外圍據點，擊潰敵軍約3個團，斃敵400余人，完成對岷州城的包圍。

11日，第30軍正式發起攻打岷州城的戰斗，但終因敵軍居高臨下，依托堅固城防工事頑抗，未能一舉破城。18日，第1縱隊第9軍接替第30軍繼續執行攻城任務。23日，第1縱隊第5軍趕到戰場后立即投入攻城作戰，雖未攻破城池，但已沉重打擊了守敵。敵軍困守孤城、士氣低落，為求自保主動向紅軍請求停戰談判。此后，紅軍以部分兵力圍困、監視城內殘敵，主力部隊就地休整。

在岷州攻堅作戰進行期間，第30軍第89師於8月19日攻克漳縣，26日又以一部兵力攻佔渭源。

與此同時，第2縱隊第4軍於8月14日沿洮河北上，於20日拂曉前逼近洮州舊城。敵軍見紅軍壓境，懼怕被全殲，便以1個營的兵力據城頑抗，掩護團部及主力向后方撤退。紅軍獲悉這一情報后，當即命令部隊從行進間轉入戰斗，發起攻擊。第10師指戰員不顧連日急行軍的疲勞與飢餓，以迅雷不及掩耳之勢扑向舊城，一時間槍聲、爆炸聲、喊殺聲響徹河谷。在婦女獨立團的配合下，紅軍一舉攻克洮州舊城，全殲守敵。紅軍進城后，師指揮部第一時間組織營以上干部勘察周邊地形，布設防御陣地，充分做好應對敵軍反扑的准備，同時部署部隊廣泛開展群眾工作，積極宣傳黨和紅軍的政策，擴大紅軍影響。

23日，馬步芳部警備騎兵第1旅1個加強營從西北方向突襲已被紅軍佔領的洮州舊城，妄圖奪回陣地、恢復原有封鎖防線。洮州舊城四面環山的地形條件十分利於設伏殲敵。為徹底殲滅來犯之敵，第10師主動撤出洮州舊城，在西峰山、東隴山及城北高地搶佔有利地形，布設伏擊圈並取得首戰勝利。此后幾天，為粉碎敵軍的瘋狂反扑，紅軍靈活變換戰術，時而依托預設陣地頑強阻擊，時而誘敵深入設伏兜擊，待敵軍突入城內后又展開激烈巷戰。經過一周苦戰，紅軍共殲敵2500余人、俘敵700余人，迫使敵軍殘部倉皇退往青海境內。9月7日，第2縱隊第31軍第93師攻佔通渭縣城。

擔負策應任務的第3縱隊紅二方面軍，由包座出發北進，順利抵達哈達鋪地區后，以先頭部隊佔領禮縣，繼而向陝甘邊方向發展，連克成縣、徽縣、兩當、康縣等縣城。

至此，歷時34天的岷洮西戰役勝利結束。作為紅二、紅四方面軍走出草地、進入甘南地區的第一次大規模作戰行動，此役，紅軍攻佔漳縣、洮州、渭源、通渭4座縣城及岷州、隴西、臨洮、武山等縣的廣大地區，總計殲敵7000余人，繳獲大批武器、彈藥、物資及馬匹，挫敗了國民黨軍阻止紅軍北進的圖謀，為三大主力紅軍勝利會師鋪平了道路。戰役期間，紅軍同步開展擴紅和根據地建設工作，在1個多月時間裡，僅岷（州）臨（洮）地區就有3000余名各族青年參加紅軍。同時，先后建立起岷州、洮州、渭源、隴西、通渭和武山等縣級蘇維埃政府，幫助當地群眾建立了區、鄉基層蘇維埃政權和抗日義勇隊等群眾組織，極大地擴大了紅軍的政治影響，在隴原大地上播下了革命的火種。