兰州战役，毛泽东及中央军委予了高度关注。在兰州战役前的十几内，彭德怀几乎每向军委毛泽东报告前线情况，毛泽东次复电指示。
8月23日，毛泽东指示：马步芳既决守兰州，有利我军歼灭该敌。歼灭该敌见，须集中3兵团全力攻兰战役。王震兵团从游渡河，似宜迂回兰州方，即切断兰州通青海及通新疆的路并参加攻击，主是切断通新疆的路，务不使马步芳退至新疆，贻害无穷。攻击前似须有一星期或更间使部队恢复疲劳，详细侦察敌情、形鼓舞士气，充分的战斗准备。并须准备一次打不二次、三次攻击，歼灭马敌攻占兰州。
毛泽东的指示，彭德怀确有茅塞顿感。他遵照毛泽东指示立即调整了部署，并设了现的最困难的情况。
24日报告毛泽东：现在准备工，攻城已有七八握，故决定在25日晨始攻击。1949年8月25日凌晨，雨晴。兰州城内外，一片漆黑，点点繁星，在空中闪闪亮。习习微风吹，使人感阵阵凉爽。南山，静谧异常，连稀疏的枪声听不见。经几夜的袭扰，敌人已经疲惫不堪，眼正蜷缩着身子，做着黄粱梦呢。他何曾，在静静的南山，千万战士杀敌复仇的火焰正在熊熊燃烧！
630分，突，两颗红色信号弹腾空，总攻始了！刹那间，整惊动的巨响，一条条火舌飞向敌人阵。在炮火掩护，我全线各突击队，经猛烈冲锋，在火光弹雨中突破了敌人的前沿阵。突击部队爆破队协同动，密切配合，且战且进，击退敌人一次又一次反扑，我军一步又一步向前推进着。
敌军坚固工一被突破。经异常激烈的战斗，沈岭主阵的、狗娃山，首先被4军攻占。午，6军攻克了南山最高峰营盘岭的主阵三营子；63军攻占敌另一主阵豆山。65军黄昏占领古城岭、马架山。
至此，兰州的“锁钥”已全部掌握在野战军手中了。在战斗中，敌军指挥官机枪刀督战，连续向野战军动反冲击。进攻部队攻占每一条壕沟，攀登每一峭壁，夺取每一阵，经艰苦的战斗反复的争夺，次拼刺刀，同敌人搏。
皋兰山的主峰营盘岭，敌工最强。6军17师50团冲锋一峭壁，突破口未被炸，敌人凭借钢筋水泥暗堡拼命抵抗，几次爆破攻击均未功。7连指导员曹德荣挺身，抱炸药包，趁着手榴弹升浓烟雾际爬峭壁，身贴崖壁，手托炸药包炸了缺口。
位舍身炸峭壁的英雄，己的身体辟了前进的通。随部队又突破二、三峭壁，在16师密切配合，胜利攻占了三营子阵皋兰山主峰营盘岭。彭德怀次谈：打兰州是一场恶战，是艰巨的攻坚战。有的团一千五六百人的建制，战斗结束剩几百人。些战斗英雄了人民业，粉身碎骨，英勇的我牺牲精神，永远值我习怀念。
在兰州鏖战际，野战军左路1兵团8月22日解放了临夏。马步芳深感方空虚，老巢危急，不不由兰州抽调骑兵8、14师回西宁，同急派亲信赴宁夏求援。但马鸿逵保存实力，虚与委蛇。
马步芳又24日急电国民党政府：请火速分催陕署、宁夏友军行动。并兰州飞回西宁。行前叮嘱其子马继援：马鸿逵、胡宗南及空军再不援，则迅行撤守青海。兰州的南山阵均被攻占，青马军伤亡惨重，城中有预备队，宁马胡宗南的援兵一有。
25日午，那誓“与兰州共存亡”，嚣张一的“马军”总指挥马继援，秘密从阵撤走主力，趁夜幕降临际，通黄河铁桥退至北岸。
2兵团3军7师首先觉敌人始逃走。他一面报告级，一面追击。26日凌晨，攻占西关，抢占铁桥，堵死了敌军的唯一退路。经巷战，野战军日中午肃清了城内残敌，越铁桥占领白塔山，被国民党倚金城汤池的兰州宣告解放。西北解放战争史规模最、战斗最激烈的一次城市攻坚战，西北战场最的一次战役胜利结束。青马主力基本被消灭。
兰州解放，分割了西北国民党军各部的联系。彭德怀决定不给敌人喘息机，猛追穷寇，全部干净歼灭。接着部署野战军左路先取西宁，右路夺取宁夏，中路进军永登，沿河西走廊逐次解放武威、张掖、酒泉等城，进军新疆。
9月5日，王震率1兵团解放青海省西宁。马步芳等人逃往香港。青马集团被彻底解决。
野战军19兵团在兰州解放稍休整，即挥戈北，进军宁夏。