胡宗南虽然判定我军要向其进攻，但未料到会来得这么快和深入其纵深这么远，当发现我军行动时，还误以为是少数地方部队袭扰。当其判明是我军大举进攻时，也没料到我军会那么快就迂回到其侧背，而且将其扶眉地区兵力全部包围。及至感到情况不妙，胡宗南急令敌第六十五军、第三十八军和敌第十八兵团部沿陇海路向宝鸡撤退，但刚进至罗局镇就遭到我第四军的阻击。坚守罗局镇，是全歼渭河北岸敌三个军的关键。第四军向部队提出了“寸土不失”、“堵住敌人就是胜利”的口号，广大指战员以与阵地共存亡的决心，在罗局镇展开了十分顽强的阻击战。部队虽然伤亡较大，却始终坚守阵地，堵住了敌人，为战役立了大功。
这个时候，第二兵团第三、六军和第十八兵团附第七军前后夹击，到12日中午将敌第六十五、三十八、一一九军团团包围在扶风西南、渭河北岸的午井、罗局、高王寺地区。12日15时，我军乘敌处于动摇、混乱状态发起总攻。在我强大炮火掩护下，各部从四面包围，对敌穿插分割，轮番冲击。敌军被打得慌乱一团，如同一窝没了王的黄蜂。敌前线指挥官第六十五军军长李振、第一一九军军长王治岐、第二四七师师长陈倬等都丢下部队各自逃命。经过五小时激战，除部分敌人泅渡渭河南逃外，其余均被歼灭。
渭河南岸的第一兵团，在王震带领下通过连续不断的沼泽水网地带，长途行军追歼南岸敌军。追击部队不顾疲劳饥渴，冒着酷暑奋勇前进，12日下午占领眉县。这时，渭河北岸敌军已经面临将被全歼的结局，退至眉县对岸的敌第六十五军、三十八军各部官兵，纷纷跳入渭河，拼命向南泅渡，妄想窜入秦岭。王震立即命令第一军派出部队，控制河滩，堵截敌人。贺炳炎军长指挥部队迅速展开。只见逃敌溃不成军，完全失去斗志，似惊散了的羊群，卷着烟尘向河滩涌来。敌人背后又尾追着第二军部队，前堵后追，把敌人密密地围堵在渭河岸边。八千多名溃敌无一漏网，全部作了我军的俘虏。
王震这时也来到河岸，他同部队一路冒着盛暑炎热走来，既没有坐车，也没有骑马，和战士一样经受劳累和饥饿。到了河岸，他对第一军堵截溃敌的战绩加以赞扬，同时又向第二军发出命令，要求郭鹏、王恩茂带领部队“创造行军新纪录”，一天一夜走完140里的路程，去抢占渭河大桥，切断宝鸡敌人南逃的道路。第二军第四师铁流滚滚，冒着如火的太阳火速前进，汗水湿透衣服，24小时没有吃饭，连续走了150里。沿途中暑者六百多人，不时有人晕倒。干部发扬爱兵的优良传统，及时救护战士，有个机枪连长在行军中把一个战士背上过了13道河。部队上下在“到宝鸡大桥就是胜利”的口号鼓舞下，万众一心，奋勇前进，准时完成了战斗任务，12日午夜，第十八兵团和第二兵团全歼渭河北岸敌军，胜利会师。南岸的敌第三十六军和第九十军残部，向南窜进秦岭。第二兵团乘胜向西挺进，14日攻克宝鸡，守敌南逃；另一部占领凤翔。第一兵团沿渭河以南向西追击，13日在马营镇围歼敌第五十三师一部，14日攻占益门镇。
这次扶眉战役，我共歼敌一个兵团部、四个军部、八个整编师零三个整团，共万余人，解放了县城九座和八百里秦川西部广大地区。这是西北战场的空前胜利，根本改变了敌我力量对比，我军已完全掌握了战争主动权。
扶眉一战，胡宗南在关中的主力部队被歼，残部退入秦岭山区；青宁二马撤到西兰公路平凉地区。这时，西北战场只有二马的军队还未遭到毁灭性打击。二马以为我军要南下秦岭追击胡宗南，所以，陈兵不动，企图在甘肃、宁夏的咽喉平凉地区和我军进行“平凉决战”。7月24日，二马在甘肃静宁举行军事会议，商定平凉决战计划。马鸿逵派卢忠良去参加会议。会议由青马主持作出平凉决战的部署：以宁马第一二八军卢忠良、第十一军马光宗部共六个师又一个骑兵团、两个炮兵营，于平凉以东、以南组织防御，从东北到西南形成一个弧形防御地带，企图以积极抗击消耗解放军主力。青马西移至六盘山，以便待机实施迂回，从其防御地带的右侧方向反突击，攻击解放军的右翼，并依靠胡宗南从秦岭向解放军后方出击：“协力而各个击破之”。
