這時，毛澤東來電告誡彭德懷：“打馬是一個較為嚴重的戰役，要準備付出較大的代價，千萬不可麻痹大意。”
國民黨精心設計的與我軍平涼決戰計劃流產後，7月27日彭德懷命令我軍分路追擊與分割“二馬”。彭德懷分析戰局後認為，此時如果先解決寧馬，會造成我軍進軍作戰的嚴重困難，先消滅青馬主力是解決西北國民黨軍、解放大西北的關鍵，所以必須著手實施蘭州戰役計劃。野戰軍千裏追擊，邊戰邊進，直指蘭州。
彭德懷在揮師西進途中，按照原定部署，8月1日十九兵團在固原任山河殲滅寧夏馬鴻逵部5000餘人，並留下該兵團的第六十四軍在這一帶擔任蘭州戰役時的牽製、攔截“寧馬”援蘭敵軍，這樣就徹底達到了分割“二馬”的戰略戰役目的，有利於我集中力量於蘭州先殲滅“青馬”即馬步芳的主力，而後再殲滅“寧馬”的戰役目的。
此時，盡管國民黨與馬步芳感到解放軍已經構成對他生死存亡的巨大威脅，但仍然抱有最後的幻想，國民黨政府行政院長閻錫山立即電召胡宗南、馬步芳、馬鴻逵到廣州，舉行了所謂的“西北聯防會議”，策劃決戰蘭州之策。而後馬步芳又到台灣受到蔣介石的接見。8月19日，馬步芳飛回蘭州，提出：“拚命保命，確保西北，破產保產，挽救危機”的“三保”方針。馬步芳認為：“保住西北大局唯在於同共軍決戰一場，而蘭州有南山屏障，黃河天險，是決戰的好地方。”並大言不慚地說：“憑著蘭州依山臨水的地形，和抗戰時期的‘國防工事’，我不僅要保住蘭州，而且要直下西安。”他多次在他的軍官麵前發誓：“中央把西北交給了我，我要負責到底。
我要親自督師南山，抬棺而戰。”
彭德懷在分析了馬步芳的狂妄意圖後堅定地說：“這個馬步芳真是夜郎自大，他想在蘭州消滅我們，好吧，咱們走著瞧，看誰把誰消滅在蘭州！”
早在7月9日，毛澤東就電告彭德懷，對青、寧二馬，應區別對待，首先打擊馬步芳。青馬在政治上占統治地位，在軍事上也比寧馬強大，殲滅了青馬，即可基本解決西北問題。彭德懷根據這一精神，確定蘭州戰役的作戰方針是：力爭同馬步芳決戰於蘭州，嚴防逃回青海，以免為今後作戰帶來困難，延緩西北解放。8月4日，彭德懷就下達了以殲滅青馬為主要目標的進軍蘭州的作戰命令：王震一兵團附十八兵團之六十二軍共三個軍經隴西、臨洮、臨夏，直搗馬步芳老巢——西寧；周士第十八兵團（欠六十二軍）附一兵團之第七軍共三個軍陳兵西安、寶雞、天水一線，遏製與進擊胡宗南部，執行“鉗胡”任務；十九兵團之六十四軍置守固原，進占永靖，控製黃河兩岸，嚴防馬鴻逵馳援。其餘部隊全部用於蘭州戰場決戰。
8月20日止，第一野戰軍部隊全部到達指定位置。第二兵團、十九兵團共五個軍千裏追擊也抵達蘭州城郊，很快形成了對蘭州守敵東、南、西三麵的扇形包圍的態勢。
在發起蘭州戰役前，也有關於彭德懷司令員的插曲與花絮：
就在第一野戰軍司令部進駐喬家營這天，天下著雨。野司電話隊一個電話員在指揮所門前避雨，被彭德懷看見了。他叫葛振清，彭總招呼他進屋後，看到他有些拘束，就上下打量後發現以前曾經同這個戰士見過麵也談過話，那是1948年陝北宜瓦戰役時的事了。
彭德懷首先打開話匣子說：“啊，原來咱們是老戰友了。”在回憶了那次談話，問到現在部隊戰士的思想情緒時，葛振清說到西安解放後，有的人認為進了城，革命到頭，該過享受生活了。彭德懷既嚴肅又風趣地說：“唔，這可不對了。路還遠著哩！時刻要想革命。
你們啊，進了蘭州城，可不能像劉姥姥進大觀園，眼花繚亂，思想開了小差喲！”由於葛振清不懂這個故事是怎麼回事，彭德懷就詳詳細細說了一遍後對他說：“進了蘭州城，就想過舒舒服服的生活，就不願再過陝北那樣的艱苦生活，也是革命不到底啊！我們一定要牢記毛主席在七屆二中全會上的告誡，戒驕戒躁，謙虛謹慎，建設好新中國。”
首攻失利，總結經驗教訓，彭德懷主動承擔責任，鼓舞將士周密準備，求得蘭州戰役徹底勝利在部隊快接近蘭州時，野戰軍得到兩種截然不同的情報：一種是敵人九十一軍和一二0軍已從蘭州北撤，擬隨偽甘肅政府退到酒泉，大批物資正由蘭州運往西寧，蘭州之敵正準備炸工廠，拆除電線，破壞黃河鐵橋；一種是蔣介石集團日有數架飛機運送彈藥到蘭州，青馬正搶運糧食和磨盤進城，其八十二軍主力在蘭州加修工事，寧馬準備六個師出擊，支援蘭州之敵。彭德懷分析認為，敵人在蘭州的處境已不同於平涼，敵人在蘭州決戰的計劃不會像平涼那樣不決而撤。而且我軍也必須盡一切努力迫使敵人決戰於蘭州，同時應當把情況估計得更嚴重些，把困難考慮得更多些，以此為立腳點，從各方麵做好充分的準備。