这时，毛泽东、周恩来和任弼时率领的中央机关，刚经过乌龙铺向北转移。而南北对进的刘戡、钟松两部敌军，相距只有百里左右。如南北之敌会合，东向封锁黄河各渡口，并控制无定河及米脂、葭（佳）县之线，中共中央机关和野战军将被挤在葭（佳）县、米脂、榆林3县间南北三四十里，东西五六十里的狭小地区内。
这里，北面是浩瀚的沙漠，东面是滚滚黄河，西、南是无定河和敌军，野战军将处于侧水侧敌，回旋余地很小的困难处境。中央领导的处境更是异常危急严峻。一直镇定的彭德怀在和参谋长张文舟等人研究如何保障毛泽东和中共中央的安全时，也不禁满头是汗，把军帽摘下来放在桌子上，时而细看地图，时而来回踱步。
他对张文舟说：“必须切实保障党中央的安全，要给中央以安全感。”为确保万无一失，立即派许光达率领第3纵队，到乌龙铺、曹庄一带接应和掩护中央机关转移。后来又急电中央军委和毛泽东，请中央机关向葭（佳）县西北方向转移，靠近野战军主力。
8月17日，刘戡率主力北进至吉镇以南地区。同日，钟松将该师分为两个梯队，以第123旅为前梯队，由镇川堡向葭（佳）县西的乌龙铺突进。乌龙铺距刘戡和钟松两部都只有几十里，是敌人的会合点。依据钟松部分路前进情况，彭德怀断定其主力必将经沙家店地区东进，决心在其未与刘戡靠拢前，在运动中歼灭之，以粉碎敌人的合围夹击计划，确保中央机关的安全，改变西北战局。
5、 3天歼敌6000余人
8月18日3时30分，彭德怀发布“以伏击姿态歼灭该敌36师”的命令。命第3纵队（并指挥绥德军分区两个团）以一部兵力吸引钟松的前梯队，以主力抗击刘戡所部，阻止该敌与36师会合。集中1、2纵两个纵队和教导旅、新4旅，先歼灭36师的后梯队，再歼其前梯队，以达各个歼敌之效。
当天上午，野战军主力与敌交锋，因天降大雨，敌之后梯队仓皇撤至沙家店地区。
当日晚，野司接电报得知，葭芦河因大雨水涨，不能徒涉，毛泽东和中共中央机关无法向北转移，改为向西北方向冒雨行进，尚未脱离险境。彭德怀用手指在地图上估量着两路敌军相距的里程，板着脸一言不发。他坐坐站站，对着地图沉思。作战值班室里鸦雀无声。参谋们进出窑洞，都是轻手轻脚，生怕打扰了他运筹歼敌的思路。彭德怀要参谋通知部队，继续严密监视敌人，一有情况，立即报告。这几天，他每天只喝几口小米粥，很少睡眠。
18日战斗后，刘戡并未增援钟松而是率主力5个旅继续北进。19日占领神泉堡和葭（佳）县城。钟松率整编36师师部及165旅，在沙家店附近高地构筑野战工事。这时钟松发现西北野战军主力并未渡河，而在他部队的附近，急电其前梯队123旅回撤沙家店。彭德怀分析两部敌军态势，判断敌军并未摸到西北野战军意图，决心仍先行歼灭第36师。同时，适当调整了部署，以新4旅抗击回援之123旅。
19日戌（19-21）时，彭德怀报告中央军委：“拟于明号（天）拂晓包围沙家店附近敌之两侧而歼灭之。得手后逐次向东北各个歼击之。”20日3时，毛泽东亲拟中央军委复电：“完全同意你对36师的作战计划。”毛泽东和中央机关是在19日转移至“镇川堡正北80里之梁家岔地区（老苏区）与主力会合”的，从而结束了自小河出发以来19天的长途艰险行军。中央在8月21日特电告中央工委、中央后委及各战略区说：“大家都安全”，以解除各方的挂念和忧虑。
8月20日拂晓，第1、第2纵队向整编36师发起攻击。该师第123旅为解其师部之围，由乌龙铺折回。午后被野战军教导旅和新4旅包围于常家高山附近。彭德怀命令：坚决把123旅消灭掉，不能让它往西靠近。就这样，整编36师的两个旅被分割两地，全部被包围，前后两个梯队无法相顾。
为了在刘戡赶到之前迅速消灭被围之36师，彭德怀发出了歼敌动员令：“彻底消灭36师，是我西北战场由战略防御转入战略反攻的开始，收复延安解放大西北的开始。”要发扬无限英勇的精神，“立即消灭36师，活捉钟松，号召你们本日黄昏以前胜利完成战斗任务”！全军振奋，斗志昂扬，向钟松师展开猛烈冲杀。
胡宗南接到钟松的呼救电报，即令刘戡增援。又急电123旅旅长刘子奇：“固守待援，将派飞机参加战斗。”刘戡也致电钟松：“已令55旅就近来援，主力继后即到。”但是刘戡所率主力被我第3纵队及绥德分区的4、6团奋力阻击，难以前进。连他的警卫部队也一度被冲散。直到黄昏前，距离钟松的阵地还有30多里。孤军突进的整编36师，如今只能孤军作垂死挣扎了。
骄横一时的钟松，盼援军无望，暴跳如雷。眼看形势急转直下，阵地相继丢失，电台亦被击毁，各方联络断绝，他便和165旅旅长李日基等人换衣化装，乘黑夜逃跑。野战军经过激战，当天黄昏歼灭了整编36师师部及两个旅，共6000余人，俘旅长刘子奇。
6、 毛泽东在战役结束时要吃红烧肉
战役结束后，8月23日，毛泽东、周恩来、任弼时骑马到西北野战军司令部驻地，祝贺沙家店战役取得胜利。
彭德怀、习仲勋、张家逊、王震、许光达等人远远到村口迎接。毛泽东见面第一句话就是：“打得好啊！”
彭德怀说：“是党中央、毛主席领导得好！”
彭德怀司令员说的没错，歼敌计划是毛泽东连续几日通宵达旦，时而查阅地图，时而凝神默想，时而抓笔圈图才成熟出炉的。战役打了3天2夜。毛泽东3天2夜没出屋，不上炕，累了就坐在帆布躺椅上养养神，吸掉5包烟，喝掉几十杯茶。没有大便，小便不计其数。下面请看时任毛泽东警卫员的李银桥对毛泽东指挥沙家店战役的回忆，从中便可看出毛泽东指挥这场战役是多么的辛苦。
毛泽东向周恩来谈了自己想好的歼敌计划：
钟松自以为“援榆有功”，狂妄到了横行无忌的程度。他的36师一到镇川堡，立刻分兵两路，派123旅东进乌龙铺，他奔沙家店，企图与刘戡部会合，迫使我军背水一战。敌强我弱，形势对我们似乎很不利。其实不然，我们是有惊无险，他们可是走入绝地。我看，在沙家店给他布个网，36师绝对没处逃！
周恩来完全赞同毛泽东的想法。两个人研究之后，具体作战方案很快便确定下来。电话尚未架设通，毛泽东便命令警卫员马汉荣和邵长和将作战方案直接送到了西北野战军司令彭德怀手中。
第二天清晨起了风，乌云散去，山谷里涌出股股浓雾。毛泽东说，沙家店战役对整个西北战局有着决定性意义，梁家岔距主战场沙家店10公里，他可以在梁家岔就近指挥。
不久，司令部与西北野战军总部的电话接通了。毛泽东立即下令：“要彭总，我要跟他通话。”
很快，电话铃响起来了。电话放在石板锅台上。毛泽东几步走到锅台旁，抓起电话听筒：“喂，是呀，我是毛泽东！”
我们这些守在窑洞前的工作人员恰似听到一声春雷，都兴奋得从地上跳起来。从1947年3月撤出延安以来的近半年时间里，毛泽东一直使用化名李得胜。今天是第一次公开恢复使用毛泽东的名字！这说明形势发展已经到了一个伟大的转折点，敌人就要走下坡路了！
彭德怀司令员在电话中报告了敌36师被围的情况。毛泽东听后大声说：“向全体指战员讲清楚，这是对整个战局有决定意义的一战，要坚决、彻底、干净、全部地消灭敌人，不让一个敌人跑掉！”
彭德怀又汇报了几句，毛泽东仍大声说：“要挖壕！侧水侧敌，大意不得！”
过了片刻，毛泽东大概是针对彭德怀的请示，大声说：“初战一定要打赢，赢了就能争得主动……部队没有粮食了？没有粮食就杀马吃！打完仗再说！”
放下电话，毛泽东回头问我：“银桥，我们还有酒吗？”
毛泽东不善饮，即使喝一杯葡萄酒也会脸红，所以极少喝酒。但是有两个例外：一是安眠药用完的时候，他为了睡觉，要喝一杯。喝一杯就会晕，喝三杯肯定躺倒。另一种情况就是打仗或者写作，连续几天不睡觉，也需要喝点酒，以刺激神经兴奋。
这段时间恰好安眠药告缺，我为他备下了酒。听他问酒，我忙回答：“要什么酒？白酒行不行？”
“不要白酒。”毛泽东想了想，摇摇头，风趣地说，“钟松没有那么辣。”
“那就拿葡萄酒？”
毛泽东想了想，又摇头说：“这一次敌人有十几万，我们又是侧水侧敌，仗也没有那么好打……嗯，有白兰地吗？”
“有！还是外国货呢。”
“我看就是白兰地吧！”毛泽东的手指头敲在地图上，敲在被红色箭头（表示人民解放军）包围的蓝圈里（表示敌军），敲在钟松的“脑壳”上。看来他把钟松划入白兰地的水平：没有白酒辣，也不像葡萄酒那么柔和。
战役打响后，毛泽东便守在电话机旁，一边和前线联系，一边查看地图。前线无大事，就看解放区各战区来的电报，或回到锅台旁写电文。电话铃一响，放下笔又去抓听筒，听取前线指挥员的汇报，作出各种指示，下达各项命令。脑子疲劳了，就呷点白兰地刺激刺激。烟是一支接一支地吸，茶水更是不断。泡过水的茶叶用手指头一抠便进了嘴，嚼一嚼咽下去。头一天是一包茶叶冲三次水后才吃掉茶叶，到第三天已经是冲一次茶，喝完水就吃掉茶叶。他绝不出屋，也不上炕，累到极点就在帆布躺椅上闭目养几分钟神，眼皮一掀就又接着工作。
我军在两小时之内，便将敌36师的1个旅歼灭，活捉了敌旅长刘子奇，实现了毛泽东首战必胜的计划。我另一支部队也把企图增援钟松的刘戡部队阻击在葭县一带。
司令部里最热闹的是电台。从收听到的敌台得知，钟松惊恐万状，急于突围。胡宗南在无线电话上，指名道姓地骂钟松，命令他“固守待援”。刘戡遭阻击，生怕被我军消灭，在黄河边上打转转。胡宗南又指名道姓大骂刘戡，下令要把刘戡撤职查办。沙家店战役序幕一揭，敌人便乱成一团。乱归乱，却是规规矩矩地照着毛泽东为他们摆下的棋子一步一步走的。
1947年8月20日黄昏沙家店战役胜利结束。
沙家店战役结束后，毛泽东对我说：“银桥，你想想办法，帮我搞碗红烧肉来好不好？要肥的。”
我说：“打了这么大的胜仗，吃碗红烧肉还不应该？我马上去搞。”
已经3天2夜不曾合眼的毛泽东疲倦地摇摇头：“不是那个意思。这段时间用脑子太多，你给我吃点肥肉对我脑子有好处。”
我告诉厨师高经文烧了一碗红烧肉，毛泽东先用鼻子深深地吸吮香气，两眼一眯，轻轻赞叹道：“啊，真香！”然后，抓起筷子，三下五除二，转眼就吃了个碗底朝天。
他放下碗，发现我目瞪口呆地立在旁边，忽然变得像个孩子一样，不好意思地笑了：“有点馋了……打胜仗了，我的要求不高吧？”
我的眼圈一下子红了。俘敌6000余人，他只要求一碗红烧肉！我用力摇头：“不高，不高，主席要求的太少了，太低了。”
“不低了。战士们冲锋陷阵也没吃上红烧肉，只能杀马当粮食吃。”
从那天起，我知道毛泽东爱吃红烧肉，吃红烧肉是为了补脑子。此后，每逢大战或者他连续写作几昼夜，我都要千方百计替他搞一碗红烧肉来。
7、 盘点
此次战役，西北野战军歼灭敌整编第36师师部及第123旅、第165旅两个旅，共6000余人，俘旅长刘子奇。这一胜利，粉碎了蒋介石对陕北的重点进攻，彭德怀说：这“是陕北战局的转折点”，“基本上改变了敌我形势”。西北战场由被动转入主动，野战军开始转入内线反攻。敌人则开始走下坡路。
沙家店战役胜利后的第二天，8月21日，毛泽东在为中共中央起草的给各战略区领导人的电报中，高度评价了沙家店战役对西北战场及对全国战局的重大意义。他说：“经此一战，局势即可改变，利于陈（赓）谢（富治）南进。”（《毛泽东军事文集》第4卷）
8月23日，彭德怀在西北野战军司令部驻地葭（佳）县前东原村召开了西北野战军旅以上干部会议，毛泽东、周恩来、任弼时骑马从位于镇川堡正北80里的梁家岔来参加了这次会议。
在会上，毛泽东讲了话，他说：“沙家店这一仗确实打得好，对西北战局有决定意义，最困难的时期已经过去了。用我们湖南话来说，打了这一仗，就过坳了。”又说：“侧水侧敌本是兵家所忌，而我们彭老总指挥的西北野战军英勇奋战，在短短一天的时间里，就取得了空前的胜利。”（《毛泽东年谱》下卷）
毛泽东讲完话后，彭德怀站起来说：“毛泽东主席讲过坳了，这是对我们的鼓励。我们要真正过坳，还得再打几个胜仗。”（《彭德怀传》）