6月11日夜，紅七十五師兵臨下馬關城下，就將縣城包圍起來，並占領下馬關城以北不遠處的紅城水。駐守城外民房的馬鴻逵守軍，與紅軍正麵稍作抵抗後就退入城內，企圖憑借堅固的城池來抵抗。下馬關城，比鹽池縣城大，堅固的程度不亞於鹽池縣城。紅七十五師攻城，也采取了行之有效的辦法：一是派小部隊日夜輪番攻城，目的在於騷擾和疲憊守軍；二是開展政治攻勢，或喊話勸降，或投傳單以攻心，目的在於分化瓦解；三是掘地道以攻城，這是攻取下馬關城的有效措施。紅軍挖地道時被守軍發現，守軍也在城內多處挖地洞來監聽城外的動靜。紅軍采取的攻心述、挖地道以攻城的戰術，使得城內守軍十分恐慌。守軍人心上旦恐慌，就想到自己的出路。在繼續守城與棄城逃走的問題上，各自都有了私心，騎兵營想逃，民團想守。民團是當地勢力，自然要守；騎兵營是外來戶，自然想逃。但想逃也不是容易事，隻有個別零散人以不同的方式逃出，卻成了紅軍的俘虜。由俘虜口中，紅軍知道了城內守軍的大致人數、槍械和彈藥糧食，以及城內各項儲備情況。同時，也知道了紅軍攻城後，軍心煥散，人心思逃。這對紅軍攻城極為有利。
麵對這種現狀，七十五師師長陳錦秀、政委常玉清、參謀長劉紹武、政治部主任王集成等領導開會，對比分析了敵我雙方的實際情況後，認為應抓住有利戰機攻城，不能讓守城騎兵出逃而發揮騎兵的優勢，一定要將守軍殲滅在城內，以繳獲大量軍械物資。攻城的各團兵力布防是這樣的：223團攻擊北門，為第二突破口，但北門有甕城，攻擊難度要大一些；224團攻擊東門，為重點突破口；225團攻擊西門和南門，根據戰鬥進展情況侍機突破；師指揮部設在下馬關東門外。
下馬關城被紅軍圍困十餘天之後，於6月21日準備反攻。各攻擊部隊按照以上兵力布防進入戰鬥準備。但這一天從跡象看如同往常一樣，還是有一部分部隊不斷進行襲擾攻城，實際上大部隊都在休整待命；攻城用的帶輪子的木梯也準備好了。晚上九時，攻城戰鬥開始。攻城的主力原本在東門和北門，但造成的假象卻是紅軍集中進攻南門和西門。這樣，給守軍造成了錯覺：調動東門和北門的守軍來到西門和南門，致使這兩處防守空虛。大約兩個時辰之後，東門和北門的紅軍開始強攻，同時，突擊分隊推著輪梯迅速靠近城牆，緣梯而上。經過半個小時的激戰，突擊隊和紅軍223團、224團部分部隊分別從北門、東門攻入城內，占領守軍指揮部。主力部隊乘勝攻入城內，城破之際，馬部守軍亂成一團，有的試圖逃命，大部分守軍繳械投降。
清點戰場，俘虜近300人，繳獲了大批槍械，150餘匹戰馬。混亂中騎兵營營長孔慶福越城牆而逃，縣長董天祥不知下落。紅軍傷亡較小。在紅軍西征的過程中，下馬關圍城時間最長。
徐海東與斯諾談到攻下馬關城的過程時說，下馬關城裏有馬鴻逵的一個騎兵旅和千餘名民團防守，圍困時間長，真正攻城時間很短，我們在城牆上放了雲梯，有一連人爬了上去，這時敵人的崗哨才發現一架機構守住雲梯年，又有一團人爬了上去，沒有發生太大的戰鬥。戰鬥結束後，給民團每人一個銀元，遣返他們回家；給馬鴻逵部下每人兩個銀元，他們有幾百人都不願意走，參加了紅軍。縣長和旅長在他們部下繳械時爬牆逃走了。
下馬關城，不僅城牆堅固，而且地處國民黨馬鴻逵轄區與陝甘寧根據地的邊緣地帶，拿下下馬關城，等於拔掉了鑲在這個中間地帶的一顆“釘子”。同時，也解除了紅軍西征的後顧之憂，根據地與寧夏的前沿通道也打開了。因此，對銀川的防務帶來一定的威脅，馬鴻逵對此深感不安。
此後，徐海東和紅十五軍團的指揮部就設在下馬關城。
攻取韋州城
韋州，也是個古老的地方。西夏國時期，韋州就是一處重要的軍事防區，也是一處宗教文化興盛的地方。韋州古城舊城東南隅的康濟寺塔，就是西夏曆史與文化繁榮興旺的標誌。到了明代初年，朱元璋第十六個兒子朱栴以慶王受封於韋州。現在能看到的城牆，應該是明代慶王府城的建築。紅軍西征時期，韋州同樣顯得非常重要。
在地理位置上，韋州還在下馬關以北，向銀川方向又靠近了一步。紅七十五師攻克下馬關後，與紅七十三師一起包圍了韋州城。由於韋州城的地理位置，馬鴻逵對韋州非常重視，尤其是紅軍一係列的勝利：先後取取鹽池縣、豫旺縣之後，已危及寧夏北部金積、靈武，紅軍西征的勢頭不可阻擋。韋州，是唯一阻止紅軍西征的重要屏障，正是從這個意義上，韋州的守與失對於馬鴻逵來說，說顯得非常重要。