10月19日，陕甘支队到达吴起镇（今吴旗县城）。10月20日，东北军何柱国部骑兵第六师和宁夏军阀马鸿宾部骑兵第三十五师四个团，向红军扑来，大有一口将红军吃掉之势。
面对来势凶猛的国民党骑兵，毛泽东挥拳往下一砸，坚定地说：“打退追敌，砍掉这个尾巴，不要把它带进根据地！”这句话成了红军的战斗动员令。
“砍尾巴”战斗由彭德怀具体指挥。他利用吴起镇一带的有利地形，在塬上的深沟内设伏，并以第二纵队在左翼，第一纵队在正面，两纵队协同作战，打退国民党军的进攻。
这时，国民党军骑兵四个团已经追了上来，主力已经到达唐儿湾、刘家亭子一带，正向吴起镇逼近，其中一个团向吴起镇北面迂回。
10月21日，彭德怀命令陕甘支队首先向迂回到吴起镇西北的国民党军马鸿宾部两个团发起进攻。经过数小时激战，将其击溃。随后，又转兵向杨城子以西的齐桥、李新庄地区进攻，击溃东北军何柱国部两个骑兵团，迫使其停止进攻。
吴起镇战斗狠狠教训了国民党军，使他们一段时间内不敢再来袭扰。毛泽东听说彭德怀在吴起镇打了胜仗，砍掉了尾巴，非常高兴，十分赞赏彭德怀的军事指挥才能，赠诗一首：山高路远坑深，大军纵横驰奔，谁敢横刀立马？唯我彭大将军！
彭德怀看到毛泽东赠诗后，谦逊地把最后一句“唯我彭大将军”改为“唯我英勇红军”，并将原诗奉还给毛泽东，表现出不居功自傲、不计私利的高尚品德。毛泽东赠彭德怀诗和彭德怀改诗退诗的事，成为党史上一段佳话。
中共中央率领陕甘支队胜利到达吴起镇，宣告历时一年，纵横福建、江西、广东、湖南、广西、贵州、云南、四川、西康、甘肃、陕西等11省，长驱二万五千里的红一方面军长征胜利结束。
10月22日，中共中央在吴起镇召开政治局扩大会议。毛泽东在会上作了关于目前行动方针的报告。毛泽东说：陕甘支队自俄界出发已走了1000公里，到达这一地区的任务已经完成。现在全国革命总指挥部 到这里，成为反革命进攻的中心。我们的任务是保卫和扩大陕北苏区，以陕北苏区领导全国革命。
在中央红军撤出中央苏区不久，1934年11月16日，在鄂豫皖根据地战斗的红二十五军，高举“中国工农红军北上抗日第二先遣队”的旗帜，告别大别山，开始长征。红二十五军历时10个月，途经4个省，转战近万里，于1935年9月15日到达陕西省延川县永平镇（今永坪），16日同陕甘红军会师，成为先期长征到达陕北的第一支红军队伍。会师后，红二十五军与红二十六、红二十七军合编为红十五军团，军团长徐海东，政治委员程子华，副军团长兼参谋长刘志丹。红十五军团成立后，先后歼灭前来进攻的国民党东北军1个师又4个营，迎接了中央红军的到来。
11月初，中共中央和陕甘支队在甘泉地区同红十五军团会师。11月3日，中华苏维埃共和国中央政府决定成立中国工农红军西北革命军事委员会。同日，西北军委宣布恢复红一方面军番号。红十五军团编入红一方面军建制。
这时，陕甘根据地内部面临着严重的危机。“左”倾教条主义者在根据地实行错误的肃反，逮捕了陕甘根据地领袖刘志丹等领导干部。中共中央到达陕甘根据地后，毛泽东听说这件事，立即发出指示：“刀下留人，停止捕人！”中共中央派当时刚担任国家保卫局局长的王首道等组成工作组，前往陕甘晋省委所在地瓦窑堡调查并纠正肃反中的错误。毛泽东特意叮嘱王首道：“杀头不能像割韭菜那样，韭菜割了还可以长起来，人头落地就长不拢了。如果我们错杀人，杀了革命的同志，那就是犯罪的行为。大家要切记这一点，要慎重处理。”
不久，毛泽东在听取关于审查刘志丹等“案件”的汇报后说：“逮捕刘志丹等同志是完全错误的，是莫须有的诬陷，是机会主义，是‘疯狂病’，应予立刻释放。”毛泽东还号召根据地全体干部、军民进一步加强团结，一致对敌。毛泽东的指示和刘志丹被释放的消息传出后，陕甘根据地广大军民奔走相告，欢欣鼓舞，热烈欢呼：“刘志丹同志得救了！”“陕北得救了！”
中共中央到达陕甘苏区和红一方面军主力同红十五军团胜利会师，对西北国民党军是一个巨大的威胁。10月28日，国民党“西北剿总”即决定以五个师兵力向陕甘根据地进攻，企图乘红军立足未稳之际，围歼中共中央机关和红一方面军于洛水以西葫芦河以北地区。
面对敌情，西北革命军事委员会决定利用直罗镇一带有利地形，集中全军大部兵力，力求歼灭沿葫芦河东进之敌一至二个师，再视情况转移兵力，各个歼灭敌人，以打破敌人“围剿”，并向洛川、中部（今黄陵县）、宜君、韩城以及关中、陇东发展。
直罗镇是一个不过百户人家的小镇，三面环山，一条小路穿镇而过。它的地形如一个口袋，是打伏击的好战场。11月19日下午，红一军团进至直罗镇东北的石嘴、凤凰头、上下莫河地区集结，并于安家川、直罗镇以北山地布设观察哨，直接观察敌人的行动；红十五军团仍位于张村驿、东村地区，进行战前准备；红一方面军指挥所进至张村驿。
11月20日晨，东北军第一○九师在四架飞机的掩护下，分三路沿葫芦河谷及南北山地向直罗镇推进。在阎家村担任警戒任务的红军部 队一边抗击，一边撤退，于16时将敌诱进直罗镇。敌五十七军军部率 第一○六、第一一一师进至黑水寺地区。敌军开始行动比较谨慎，一路未遇抵抗，由于他们还没有吃过红军的大苦头，便以为红军不堪一击，就逐渐松懈起来，到达黑水寺、直罗镇后，杀鸡宰羊，大吃大喝，疏于戒备。
当晚，毛泽东下达命令，按原定部署，红一军团从北向南，红十五军团从南向北，在拂晓前包围直罗镇。毛泽东把指挥所设在距直罗镇不远的一个山坡上。战斗打响前，毛泽东命令各部队：“这个仗，一定要打好！”“我们要的是歼灭战，不是击溃战！”
21日拂晓，红一军团第二师、第四师主力和第十三团自北、西北、东北三个方向向直罗镇之敌展开猛攻，第四师一个团插向安家川以东高地，切断敌人退路；第一团位于直罗镇西北高地，担任军团预备队。红十五军团第七十五师两个团及第七十八师一个团为第一梯队，自西南、南、东南方向分三路向直罗镇之敌发起进攻。
敌第一○九师正在美美地睡觉，红军的突然进攻使他们慌乱一团，迷迷糊糊就被歼灭。敌师长牛元峰带着残部 500来人狼狈退入镇东南的土寨中，固守待援。
这个土寨虽然已被红军事先拆毁，但敌人昨日下午到达后又连夜进行了修整，加上地形复杂，易守不易攻。第十五军团军团长徐海东派一支小部队进行一次试探性的进攻，但没有拿下来。就在徐海东准备组织第二次进攻时，通讯员向他报告：“周副主席来了。”
徐海东向山上望去，只见周恩来和其他同志从山上走下来。他们都拿着望远镜，边走边向敌人固守的土寨子观察。
周恩来等走到红十五军团的指挥部，同徐海东等人一一握手，详细询问了第一次攻击的情况。问完了情况，周恩来指示：敌人已经成了瓮中之鳖，不好攻暂时围着算了。寨子里既没有粮，又没有水，敌人在里边待不长，总是要逃走的，争取在运动中消灭它。
根据上述情况，毛泽东、彭德怀即决定红十五军团以一部兵力予以包围，待敌逃跑时于运动中歼灭之；主力部队立即集结，准备打增援的敌人部队。
在红军围攻直罗镇期间，东北第一一一师第六三一团由黑水寺向直罗镇增援，当该团进到安家川以东地区时，即为红一军团第一团及第四师第十团击退，连夜退回黑水寺。
21日22时，国民党军“西北剿总”决定以第五十七军军长董英斌率第一一一师、第一○六师速向直罗镇增援，以解第一○九师之围。22日上午，东北军第一一一师开始沿安家川北山向红军进攻；第一○六师由黑水寺沿老人山向红军右翼实施迂回。第一一一师在安家川以东地区遭到红一军团迎头痛击后，立即向西溃退。敌其余部队未敢再进。
被红军包围在直罗镇土寨内的敌一○九师残部见增援无望，于23日午夜突围，被红军全歼，师长牛元峰被击毙。
正当红军调整部署，对黑水寺敌人进行攻击时，董英斌率领第一○六、第一一一师及军部向太白镇逃跑。红军立即分三路追击。24日，在张家湾至羊角台途中，红军歼敌第一○六师第六一七团，其余敌军退入太白镇。
直罗镇战役，红一方面军共歼敌一个师又一个团，打破了国民党军对陕甘苏区的第三次“围剿”，为中共中央把全国革命大本营放在西北的任务，举行了一个奠基礼。