3月13日，胡宗南整编1、29军共15旅14万余人的兵力，由洛川、宜川线分两路向陕北动进攻。（关胡宗南部向延安进攻的日期，有3月13日14日两说法。根据中央文献版社等单位近年编写的《毛泽东军文集》4卷、《周恩传》等书，采取前一说法）
加强攻势，海、徐州调集战飞机75架至西安，由空军副总司令王叔铭指挥，延安等的党政机关、军设备、工厂、仓库及前沿阵进行内战爆规模最的“战略轰炸”。3月13日4许，一批炸弹扔在延安北门附近，企图炸毁人民解放军总部。仅13日一即投弹59吨。至3月19日，几乎每动飞机三四十架次，轮番轰炸八九。扔在杨岭毛泽东住周围的燃烧弹达30余枚。18日正在的毛泽东、周恩等人，几次中断议，躲避飞机的轰炸。
胡宗南部在飞机、坦克掩护气势汹汹的进攻，遭西北解放军的坚决抗击。教导旅警备7团虽仅有3团、5000余人，且装备极差，但广指战员怀着钢铁意志，依托防御工，英勇顽强，寸土必争，使胡军每占领一阵付重代价。
14日的战况，西安绥靖公署有详细记载：“1师由新庄区向旧冶城三泰庄线攻击，遭敌节节抵抗”，“90师由英旺区向刘村附近攻击，沿途遭敌顽抗”，“整27师由平陆堡区向临真攻击，遇敌教2旅依堡垒坚固工顽抗”，“17师由堡子头向茶坊攻击，敌依据茶坊北山寺坚固阵顽抗……”同，游击队民兵的广泛击爆破活动，使胡军行动缓慢，每前进不10。原西安绥靖公署副主任兼前线指挥官斐昌著文说：“部队前进，由解放区早已完了坚壁清野工，胡军各部派的搜索部队又经常遇边区民兵的奇袭，因不敢远距离侦察，情况不明，形又不熟悉，因此部队行动缓慢。”（《文史资料选辑》36辑，2页）
激战至16日，胡军虽突破一防御阵，占领临真、龙泉、茶坊、牛武等，但其右路兵团被阻金盆湾、马坊南区，左路兵团被阻板桥、麻子街南区，未实现其预定计划。，毛泽东布命令，表扬西北解放军，并指示其积极组织防御。
由彭德怀、习仲勋统一指挥的西北野战部队，立即调整部署，编3防御兵团，加强组织抵抗。1纵队（3月15日返回延安南）警备7团右翼兵团，由张宗逊、廖汉生指挥，在佐埠、甘泉、劳山、清北沟、山神庙区组织防御；2纵队教导旅左翼兵团，由王震、罗元指挥，在南泥湾、金盆湾、松树岭区组织防御；新编4旅中央兵团，由张贤约、徐立清指挥，除不少4营在庙尔梁、程子沟、三十铺区组织防御外，余预备队，置延安兼防敌伞兵并控制机场。
各兵团白少量兵力，节节抗击，坚守点，并适组织兵力进行反冲击，经常1班、1排抗击营团的胡军。晚则充分挥善夜战的特长，广泛击。指战员几吃不饱饭，喝不水，但始终充满信，英勇战斗。
胡军因进攻受挫，前进缓慢，16日占领金盆湾、佐埠，便采取“钻隙战术”，主力经茶坊、王庄北进，侧击解放军纵深防御力量比较薄弱的松树岭至杨畔一线。
西北解放军的顽强抗击，特别是处埋设雷使胡军伤亡增，士气沮丧。原国民党军整编90师副师长任子勋在记述的情况写：“金盆湾南十一段区，解放军处埋设雷，进攻部队在前进中不生触雷件，炸死炸伤人马不少，行动甚缓慢。占领金盆湾，生触雷件更，每一房间或窑洞，门槛、坑火、坑洞内、水缸中、门背、窗户，有埋设或拴雷的。走进屋内，谁粗意，一举手、一投足间，就被炸死或炸伤。弄人人精神紧张，谁不敢进屋，谁不敢动手。”（《文史资料选辑》36辑，11页）
胡宗南未实现17日占领延安的计划，蒋介石又再三催促，急焚，遂18日午令给首先攻入延安的部队奖赏1千万元。命令说：“各师达杨畔北线，间许，应即编突击队直袭延安，突击功部队赏洋1000万元。”（西北军区保存的国民党档案）
午已进占杨畔，距离延安仅有14的整编90师师长陈武接此命令，满抢头功、名利双收，便兴高采烈说：“子我取占领延安的首功了！”（《文史资料选辑》36辑，12～13页）谁料18日半夜，胡宗南却突命令整编90师改变突击方向，向宝塔山至清凉山一线东区进攻，整编29军在攻占延安南二十铺亦停止前进，整编1师1旅进占延安。
18日傍晚，延安的党政军领导机关群众的转移疏散已经完毕，东南郊区的枪声越越密，毛泽东、周恩在彭德怀、习仲勋的一再催促，才从容不迫离延安。
19日午，西北野战部队在完预定任务，主动撤延安。午3，胡军先头部队进占延安。