红十五军团七十五师进入宁夏后，随即执行西征第二阶段的任务。6月11日，红七十五师兵临下马关城下。下马关是豫旺县政府所在地，是一座比较古老的城池。城内居住的全是回民，四周城墙均由古青砖砌成，高3丈多，宽1丈余。城墙上是一排排雉堞，戒备森严。驻守城内的除豫旺县民团外，还有马鸿逵骑兵四团的二营（营长孔庆福）。红七十五师到达下马关的当天，就从四周将城墙包围起来。敌人在城外民房内稍作抵抗后就龟缩进城内，据险顽抗。红七十五师多次发动进攻，都因城墙坚固，敌人居高临下拼死顽抗而未能奏效。经过研究，师领导采取了三个办法：其一，派小部队日夜轮番发动小型攻击，骚扰疲惫敌人，使之不得安宁；其二，派宣传队发动政治攻势，对城内投散传单，喊话劝降，分化瓦解敌人；其三，采取从城外挖地道的办法接近城墙，然后炸开城墙进去。但是，红军刚开始挖地道，敌人就发现了，便在城内挖了很多地洞，监听城外动静。这样，挖地道的办法也就未能行通。然而政治攻势却发生了效力，使城内敌人颇感恐慌，几乎每天都有零散官兵出城逃跑或投降。红军从俘虏口中得知，城内敌兵约1000人，有20多挺机枪，弹药不足，粮食和用水开始紧张。敌人军心涣散，想逃者多，想战者少，骑兵营想逃，民团欲守，互相矛盾重重，踌躇不安，举棋不定。
红七十五师师长陈锦绣、政委常玉清、参谋长刘少武、政治部主任王集成等领导开会，将敌我双方情况作了比较：现我方有2000余人，是敌人兵力的两倍多；我每连有9挺机枪，远远超过敌人，我军士气高昂，敌人士气低落，红军诸多方面的因素都强于敌人，夺城胜利在握，如再拖延下去，一旦敌人逃逸，不仅令我步兵追敌骑不及，而且歼敌和缴获物资数量将大大减少。师首长下定决心，命部队抓紧强攻准备，坚决将守敌围歼在城内。师领导将作战计划报告军团首长后，很快得到批准，遂召集各团领导下达了战斗任务：三团打北门（第二突破口），四团打东门（重点突破口），五团打西门和南门（相机突破），师直属队为机动分队，师指挥所设在东门外。
围城第17天，即6月27日晚9时前，各攻击分队均进入指定地点。为迷惑麻痹敌人，白天仍用小股兵力进行袭扰，大部队则休息待命。同时请了许多木工，赶制了几十个带轮子的木梯，攻城准备很快就绪。9时整，攻城战斗正式开始。为给敌人造成红军欲突破其弱势部位的错觉，以调动东门、北门的敌人增援，使敌东门、北门失防，然后一举突破，红军首先以猛烈的火力攻击南门和西门，同时，东门和北门也响起了微弱的佯攻枪声。敌人果然将东门和北门的力量调往西门和南门，各增加了3挺机枪。11时，东门、北门的红军发起强攻，所有机枪一齐怒吼起来，敌人的火力很快被压下去了。突击分队像小老虎一样，推着轮梯，迅速赶到城下，勇猛冲锋。不到半小时，红三团、四团分别从北门、东门攻进城内，并同后续部队一起摧毁了敌指挥所。这时候，大街小巷人喊马嘶，溃兵四散，乱作一团。红军主力乘机拥进城内，敌人见大势已去，便纷纷缴械投降。敌营长孔庆福慌乱中跳城，将腿跌坏，但还是侥幸逃走；县长董天祥逃出城后被百姓打死。这次攻城战斗俘敌300多人，缴获战马100多匹，轻机枪、马步枪、驳壳枪、马刀等武器200余件。红军伤亡不到20人，打了一个漂亮的歼灭战。红军攻克下马关，等于拔掉了马鸿逵设在陕甘革命根据地边缘的一颗“钉子”，解除了西征部队的后顾之忧，完全打开了根据地与宁夏的通道。此后，右路军红十五军团指挥部就设在这里。