红军三大主力会师后，总兵力达到了8万多人。陕北当时的经济状况根本负担不起，苏联答应给红军提供一些援助，但要在新疆交接。为了打通连接苏联的通路，徐向前率领红四主力渡过黄河与马家军作战，过河的部队一共有三个军，分别是第5军、第9军和第30军。
当时第5军的军长是董振堂，下辖第13（师长叶崇本，政委朱金畅）和第14（师长郭锡三，政委谢良）两个师，总兵力3000余人，抢1500多支，平均每支抢仅有5发子弹；第9军的请况要好很多，该军下辖第25（师长王海清，政委杨朝礼）和27（师长陈家柱、政委易汉文）两个师，每个师三个团，总兵力6500人，抢2500多支，每支抢平均15发子弹。当时第9军的军长是孙玉清，政委是陈海松。
和第5军、第9军相比，第30军的实力最强。该军下辖第88（师长熊厚发、政委郑维山）和89（师长邵烈坤，政委张文德）两个师，每个师辖三个团，总兵力7000多人，抢3200多支，每支抢平均25发子弹。当时第30军的军长是程世才，政委为李先念。除了这三个军之外，当时过河的部队还有骑兵师（两百人马，抢200支，平均每支抢25发子弹）和王全嫒任团长的妇女独立团。
除此之外，机关、医院、伤病员和勤杂人员加起来也有数千人。部队渡过黄河后，开始和马家军作战。由于之前没有和马家军交过手，缺乏对骑兵作战的经验，古浪一战第9军虽然歼敌2000多人，但自身也付出了2000余人的伤亡代价。军长孙玉清负伤，25师师长王海清、27师政委易汉文和不少干部壮烈牺牲。
在之后的半个多月时间里，西路军又和敌人进行了五次恶战。第一次是十里铺战斗，30军88师和89师一个团在十里铺和敌人五个团血战三昼夜，毙伤敌军2400余人，自身伤亡500余人，其中263团一个连全部拼光；第二次恶战是永昌东南八坝之战，30军在这里和敌人两个旅血战两个昼夜，毙敌800余人；第三次是永昌以西水磨关之战，30军88师和89师一部在这里和敌人机战一昼夜，毙敌600余人。
第四次是永昌之战。30军一部和总部直属队在这里和五个旅的敌人进行了一番血战，经过白刃战将敌人杀退，毙伤敌军2000余人，还击落了一架敌机。第五次是山丹之战。第5军在这里和敌人两个旅血战了两个昼夜，最终将敌人打退，歼敌数百人。古浪之战加上这五次恶战，西路军一共歼敌6000余人，但自身也付出了极大的伤亡代价，部队由过河之初的21800人减至15000余人。
之后西路军又先后在高台、倪家营子和梨园口与敌人血战，兵力不足加上粮弹耗尽，付出了很大的伤亡代价，包括董振堂和陈海松在内的一大批高级将领壮烈牺牲。石窝会议之后，剩余的西路军将士分散突围，徐向前和陈昌浩返回延安向上级汇报。走到大马营一带时，二人分别，陈昌浩留在了当地一个老乡家里休养，徐向前继续向延安前进。
他打扮成羊倌的模样，沿着祁连山边的戈壁滩，一路乞讨，历经艰险之后到了打拉池。在镇子里理了发，洗了澡，用上级给的路费买了一套衣服，把自己打扮成了一个商人的模样，继续往北走。1937年4月中旬的一天，时任援西军第4军参谋长的耿飚在甘肃王家洼一带发现了一个形迹很可疑的商人，便带人上前盘问，这才发现来人正是徐向前。之后徐向前跟着耿飚来到了镇原援西军总部，在刘伯承的安排下，顺利返回了延安。
