1935年12月，陝北已經進入了寒冬。紅十五軍團在“打勝仗迎接中央紅軍”的口號下，一鼓作氣攻下了張村驛，打開了東村，接著掃清了附近的兩個小據點。戰鬥結束後，毛主席率中央紅軍來到了東村一帶。從此，紅十五軍團與中央紅軍會師了。紅十五軍團的全體同誌，都為這個光榮的會師歡欣鼓舞。
中央紅軍長征勝利到達陝北，宣告帝國主義和蔣介石消滅紅軍計劃的破產；預示著中國革命新高潮的到來。為了給中國革命的大本營安放在大西北奠定基礎，毛主席一到陝北，即首先擬定了一個大殲滅戰計劃，這就是直羅鎮戰役。
陝北的戰局當時是這樣：陝北紅軍取得勞山、榆林橋勝利後，敵人以五個師組織新的進攻，東邊一個師沿洛川北上；西邊四個師由甘肅的慶陽、合水沿葫蘆河向陝北方麵前進。為粉碎敵人的進攻，毛主席決定集中會師陝北的各路紅軍，在直羅鎮一帶，給敵人一個迎頭痛擊。並指示要紅軍指揮員到那邊看看地形，再作具體的布置。
按照主席的指示，這一天中央紅軍和紅十五軍團以上幹部，在張村驛以西會合後、前往直羅鎮去看地形。
從出發地到直羅鎮，約三十餘裏，一個小時不到，就趕到了。大家下馬後，首先登上了直羅鎮西南麵的一座高山，直羅鎮就在腳下。它是個不過百戶人家的小鎮，三麵環山，一條從西而來的大道，象一條白色的帶子鋪向鎮子的中央，穿鎮而過。鎮子東頭，有座古老的小寨，裏麵的房屋雖然倒塌，石頭砌的寨牆卻大部完好；鎮的北半麵，是一條流速緩慢而平靜的小河。紅軍幾十架望遠鏡舉在眼上，從左到右，從東到西，細心地觀察著道路、山頭、村莊和河流。一個小山包，一棵小樹，一條小溝，一家獨立房屋，都是指揮員們觀察研究的對象，大家都深深了解，在戰前觀察時，疏忽了一條小溝，漏掉了一個山頭，說不定在戰鬥中會增加想不到的困難。同誌們一麵觀察，一麵小聲地交談著：
“這一帶的地形，對我們太有利了！”
“敵人進到直羅鎮，真如同鑽進了口袋。”
邊走邊觀察，邊觀察邊研究，從一個山頭，轉移到另一個山頭，結論得出了：把敵人放進直羅鎮，再消滅它。為了防止敵人利用鎮東頭的寨子做固守的據點，大家商討後，決定把它預先拆掉。部署確定後，當天晚上，紅十五軍團派出一個營，連夜去拆那個小寨子。這時戰鬥命令雖然還沒有下達，但戰士們憑著自己的經驗猜測到，將會在這裏打仗。戰士們深深懂得平時多流汗，戰時少流血的道理。因此不分晝夜，不顧疲勞，一氣把寨牆拆完。有些新解放過來的戰士，悄悄問老戰士：“敵人真的會來嗎？”老戰士回答說：“會來的，這是毛主席算好了的。”
為了迎接這個大勝利，打好會師第一仗，紅十五軍團除留一個排在直羅鎮警戒外，主力集結在張村驛一帶，養精蓄銳，積極地投入戰前準備工作。各級幹部層層深入，具體進行戰鬥組織、十五軍團提出口號：“打勝仗慶祝會師！”“以戰鬥的勝利歡迎毛主席！”“在戰鬥中向中央紅軍學習！”
紅軍情緒高漲，以逸待勞。一切準備就緒後，第三天下午，敵一○九師師長牛元峰帶著部隊在6架飛機的掩護下，果然來到了直羅鎮。
晚上，毛主席下達了命令。按照已經確定的部署，中央紅軍從北向南，紅十五軍團從南向北，以急行軍，在拂曉前包圍了直羅鎮。毛澤東、周恩來和彭德懷親臨前線指揮。毛澤東的指揮所，設立在距直羅鎮不遠的一個山坡上。戰鬥打響之前，他就特別指示各部隊負責人，一定要打殲滅戰。
天剛亮，兩路紅軍象兩隻鐵拳，從直羅鎮南北高山砸了下去。敵人雖有防備，卻沒想到紅軍會如此迅速，及至發覺被包圍後，直羅鎮兩邊的山嶺已被紅軍占領。南麵一響槍，蔣軍立刻向北撤，北邊一響槍，他們又反過來向南撲。一○九師被夾擊在兩山之中一條川裏。山穀中到處是槍聲、喊殺聲。形勢不對，一○九師是東北軍的部隊，是紅軍的老“運輸隊”了，有不少的士兵和軍官曾經做過紅軍的俘虜，有的還不止繳過一次槍，在這個猛攻之下，紛紛瓦解，繳槍投降。一些拚命頑抗的，喪身刀槍之下。
戰鬥不到兩個小時，紅軍兩路會攻，占領了敵人的師部所在地直羅鎮。最後牛元峰逃到東頭的小寨裏，指揮著一個多營負隅頑抗，死不投降。
這個小寨雖被紅軍事先拆毀，但敵人昨天下午到達後又連夜改修，加上地形複雜，易守不易攻。紅軍派了一支小部隊攻了一次，沒能打上去。正組織第二次猛攻，通信員報告說：“周副主席來了。”