紅十師指戰員不顧連日行軍的疲勞和饑餓，立即對舊城守軍發起攻擊，霎時間，槍聲、手榴彈爆炸聲、喊殺聲響成一片。在婦女獨立團的配合下，紅十師一舉攻入城內，全殲敵人，繳獲各種槍300餘支。隨後，紅十師構築工事，防備敵人反撲。
8月23日淩晨，馬步芳部 騎兵第一旅一個加強營從西北方向襲擊洮州舊城。紅十師得到敵情報告後，部隊從城裏撤出，埋伏在西峰山、東隴山及城北，占據有利地形，等待敵人前來送死。敵人騎兵有七八百人，鑽入紅軍布下的口袋後，紅軍所有的武器一齊開火，打得敵人人仰馬翻。紅軍隨即發起衝鋒，剛才還耀武揚威的敵人騎兵紛紛奪路逃命，有的幹脆跪在地上繳械投降。戰鬥很快結束，紅軍痛快淋漓地殲滅200餘敵人，俘虜34人，繳獲戰馬近百匹，各種槍支、馬刀300餘件。遭到紅軍當頭一棒，敵旅長馬彪像個賭紅了眼的賭徒，指揮所部向石嶺山、西峰山紅軍陣地發起輪番進攻。馬彪在陣地上抬出整箱的銀元、大煙土作懸賞，驅使亡命之徒發瘋般地向紅軍陣地猛攻。25日，馬彪親自上陣督戰，一連突破紅軍數道陣地。紅十師隨即以預備隊配合一線部隊實施反衝鋒。有些受重傷的紅軍戰士英勇抱起點燃的炸藥包，拉響捆在一起的手榴彈，衝入敵群，與其同歸於盡。經過兩個多小時的激烈爭奪，紅十師終於把馬彪的部隊壓下山去，奪回了失去的陣地。
起初，紅軍對付敵人的騎兵有些不適應。後來，紅軍逐漸找到對付騎兵的辦法。他們除了利用即設陣地抗擊，有時設伏兜擊外，還采用把敵人騎兵放進城裏來，展開巷戰的辦法。有的在巷內設置絆馬索，待敵人接近，突然拉起絆馬索，同時拉響吊在房下的集束手榴彈，頓時，手榴彈在敵人頭頂開花，炸得敵人血肉橫飛。有的在敵人必經之巷挖好陷馬坑，當領先的敵人騎馬陷進去後，瞄準後邊的敵人猛打，同時，手榴彈群在敵群中開花。戰士們風趣地說，這叫“堵蛇頭，截蛇尾，斬蛇腰”戰術。敵騎兵在狹長的街巷內，猶如“老牛掉井，有勁使不上”。還有的紅軍有意製造出近似機關槍的音響筒來迷惑敵人，乘敵驚慌之際，突然開火，打得敵人措手不及。
經過一周艱苦鏖戰，紅軍重創馬彪騎兵第一旅，迫其退到黑措地區。此戰，紅軍消滅馬彪部 2500餘人，俘虜敵人700餘，繳獲各種武器2000餘件。
此後，紅三十一軍攻克漳縣。8月26日，紅三十軍第八十九師攻克渭源。9月7日，紅三十一軍第九十三師攻占通渭。
8月中旬，第三縱隊在賀龍、蕭克、關向應率領下，由包座出發北進，9月1日到達哈達鋪，隨後紅六軍團攻打禮縣，繼而向成（縣）、徽（縣）兩（當）、康（縣）地區發展。
岷洮西戰役從8月5日開始，至9月7日結束，曆時34天。紅軍先後占領漳縣、洮州、渭源、通渭四座縣城以及岷縣、隴西、臨洮、武山等縣的廣大地區，殲敵7000餘人，為立足甘南和三大主力紅軍會師創造了有利態勢。