7月21日，奉中革军委命令，红五军团改称第五军，董振堂任军长，曾日三任政委并兼政治部主任，曹里槐任参谋长，欧阳毅任保卫局长，傅兰荪任供给部长，姬鹏飞任卫生部长。辖第三十七团和三十九团，第三十八团撤销。不久红五军编入左路军，执行中共中央北上方针。9月中旬，红军总政委张国焘违犯中央决定，反对北上，强令红四方面军及编入左路军的红一方面军第五军、第三十二军（原红九军团）南下。红四方面军主力进到四川西部之天全、芦山等地活动，红五军在丹巴担任后方警戒任务。丹巴一带是少数民族地区，粮食奇缺，牧民又把牛羊向西赶入深山，吃饭成了大问题，甚至连野菜也挖不到，部队只得吃树皮、草根、树叶，连牛羊皮也吃光了，广大指战员艰苦备尝，很多同志被饥饿夺去了生命。同年10月，曾日山被调走，黄超接任政委。
由于部队减员很大，红四方面军于1936年1月决定将红三十三军并入红五军。红三十三军原是由王维舟任总指挥的川东红色游击军，1933年10月编为红三十三军，王维舟任军长，杨克明任政治委员，罗南辉任副军长，何志余任政治部主任，隶属于红四方面军，下编第九十七、九十八、九十九三个师，师下共编九个团，全军共16000余人。到1935年，人员下降至2000余人，
由罗南辉任军长，张广才任政治委员，下辖第九十八师和特务团。
两军合编后，董振堂仍任军长，黄超任政治委员，罗南辉任副军长，李屏仁任参谋长，杨克明任政治部主任；傅兰荪任供给部长，彭嘉庆任政治委员；陈春甫任卫生部长，黄春柏任政治委员；梁镰生任保卫局长。原红五军部队编为第十三师，下辖第三十七团和三十九团；原红三十三军部队编为第十五师，下辖第四十三团和四十五团。见《中国人民解放军组织沿革和各级领导成员名录》第174页、187页。全军不足5000人。
1936年8月上旬，红四方面军继续长征北上，董振堂率领红五军向甘肃南部前进。广大指战员克服饥饿等严重困难，再出草地，于8月中旬先后进到迭部、岷县等地休整。8月下旬，红五军参加围攻岷县城的战斗。9月底，随红四方面军主力北上。这时，国民党胡宗南、王均、毛炳文等部齐头并进，向靖会地区压来。为了保证红军主力会师并创造实施宁夏战役的条件，红四方面军命令红四军、红五军、红三十一军在通渭西北之马营、华家岭及定西东部等地阻击北犯敌军。
10月21日，红五军在华家岭受到敌第三十七军九个团的进攻，指战员与敌激战一整天，多次发生白刃格斗，杀得敌军横尸遍野，红五军自身也付出沉重代价，第三十七团参谋长王力等100余名指战员牺牲。入夜，红五军北撤至会宁县西南部的大墩梁地域设置防御阵地，军属四个团分别占领各个山头，次第阻击敌人。10月22日，敌第三军、第三十七军十多个团追来，向红五军阵地发起猛烈攻击。红五军利用有利地形，接连打退敌军五次攻击。这时，敌军调来七架飞机助战。光秃秃的山梁上没有任何草木遮掩，敌机轮番轰炸、扫射，给红五军造成严重伤亡，副军长罗南辉等许多指战员壮烈牺牲。23日，红五军迟滞敌军行动后，沿毛牛川、杜家梁后撤，敌军仍穷追不舍，五军边打边退，与追敌多次发生肉搏战，遭受重大牺牲。经两日恶战，红五军共有887人血洒荒山。朱德、张国焘10月27日致中央及军委的电报，见《中国工农红军西路军·文献卷》第334页，甘肃人民出版社2002年出版。
长达两年的长征，红五军团走过的路何止二万五千里。红五军团是红军长征时间最长、走路最多的部队。两年的长征，红五军团经受了最严酷的磨炼。
（四）悲壮的西征
1936年10月10日，红军三大主力胜利会师，结束了长征。当红军主力会师时，红五军正在马营、华家岭一带与北犯最疯狂、兵力最集中的一路敌军浴血拼杀，损失兵力四分之一。长征刚完，西征的命令又下。为了“执行宁夏战役计划”，“打通国际路线”，接取苏联援助物资，开创西北抗日新局面，红四方面军主力奉中央军委之命西渡黄河。在主力渡河期间，红五军先是奉命监视靖远县城守敌，接着于10月29日押送虎豹口船只顺黄河北下，在靖远县三角城守卫黄河渡口，看护船只。11月7日，奉命撤离三角城，进入河西走廊，开始了更加悲壮的征程，经历了最为惨烈的战斗，主要的有以下几次。
一是水泉子战斗。水泉子位于永昌县城西北38公里处，地处荒漠戈壁边缘，人口稀疏，只有几座孤零零的堡寨。11月23日，红五军两个团及妇女团一部，掩护供给部、卫生部及总医院（内有200余名重伤员）转移至水泉子及附近之秦家庄、陈家庄、孙家庄等处宿营。红军的住处尚未找好，敌马彪骑兵旅和马忠义骑兵团即追袭而来。红五军部队奋起抗击，与敌短兵相接，激烈拼杀，战至黄昏，始击退敌军进攻。此战，红五军毙敌500余人，自身伤亡200余人，军参谋长李屏仁胯骨被打坏，负重伤，后牺牲于祁连山。
二是山丹战斗。红五军于11月25日进至山丹县城，妇女团一部及供给部、卫生部、总医院同时到达。11月28日，敌马彪骑兵旅、马朴骑兵旅、韩起功歩兵旅和民团一部，即接踵追来。11月30日，敌以二旅之众开始围攻山丹县城，红五军依托城垣，英勇抗击。激烈的战斗进行了三天两夜，红军将敌打退。12月3日，敌骑兵三个团、民团三个团，在飞机、大炮配合下，再次进攻山丹县城，红五军据城固守。下午4时许，红五军以主力第三十七团和三十九团向敌薄弱环节——城东北之民团阵地出击，一举将敌击溃；但在追击民团时出击过远，驱敌至长城以外的暗门滩，复遭敌骑兵逆击，伤亡三四百人，第十三师师长兼三十七团团长李连祥及三十九团政委周昌畅牺牲。
红五军在山丹与敌战斗月余，打得十分顽强，除了县城的几次大战，还派出部队到红沟、野猫山、西十里堡、二十里堡等地袭击敌军，歼敌一部。12月27日，撤离山丹，向临泽、高台进发。
三是血战高台。1937年1月1日，红五军军长董振堂率领第三十九团、第四十五团及军直特务团（四个连）、骑兵团（两个连）共2800余人，进占高台县城，国民党保安队和民团1400余人全部投降，缴获长短枪100余支。1月9日，敌总指挥马元海即率两万余兵力将高台县城包围。1月12日开始，敌以四个旅又三个团的正规军和民团一部，开始猛攻高台县城。董军长指挥红军孤军奋战，抗击敌军。1月15日，敌军集中力量攻打东关和西关的制高点，用火烧毁西关炮楼，固守炮楼的红军一个排，全部壮烈牺牲。
1月18日，敌军攻城战斗更加激烈，守城红军弹药几乎用尽。敌军搭起云梯登城，红军战士用木棍捣翻云梯，以大刀、长矛、木棒、石块、砖头为武器，把爬上城头的敌人一次次打下去。城墙上弹痕累累，血迹斑斑，红五军遭受严重伤亡。20日，敌倾全力攻城，炮火异常猛烈。红军指战员前仆后继，浴血奋战，把爬上城头的敌人用大刀砍下去，用长矛戳下去，用石头砸下去，不少伤员抱住敌人滚下城墙，与敌同归于尽。但终因寡不敌众，高台城被敌军夺占，军长董振堂、政治部主任杨克明、供给部长傅兰荪、卫生部长陈春甫、民运部长盛茂吾，第十三师继任师长叶崇本、政委朱金畅、参谋长刘培基等，壮烈牺牲，2000多名指战员大多牺牲，只有少数突围脱险。
四是苦战临泽。1936年12月30日，红五军进占临泽县城（今蓼泉镇），随后，西路军妇女团一部及供给部、卫生部、总医院进
驻县城，黄超政委遂率第三十七团、四十三团共2000人，移驻城郊，掩护供给部等后勤机关。1937年1月9日，敌军及部分民团即将临泽县城及红五军部队驻地刘家墩、唐家湾等处村庄包围起来，进行牵制性攻击。敌占高台后，又移五个团的兵力于临泽，围攻红军。敌军在围攻县城的同时，以一部兵力攻击红五军部队驻扎的村庄屯堡，刘家墩、唐家湾等地均发生激烈战斗。1月22日晚，红五军部队在政委黄超率领下，掩护供给部、卫生部突围转移，于1月23日进至张掖西南部的西洞堡一带。见《中国工农红军西路军·文献卷》上卷第546～547页。
1月23日，西路军军政委员会在西洞堡召开会议，讨论红五军领导班子和组织机构问题，决定孙玉清任军长，黄超仍任政委，毕占云任参谋长，谢良任政治部主任；部队整编为两个团，第三十九团余部编入三十七团，第四十五团余部编入四十三团。2月上旬，西路军军政委员会在临泽县的倪家营子开会，讨论决定撤销红五军建制，部队编入红三十军，其中第三十七团并入第八十八师；第四十三团并入第八十九师。自此，红五军结束了它光荣而悲壮的历史。
（五）红五军团中的甘肃人
在1931年宁都起义参加红五军团的官兵中，有大批甘肃籍人士。这是什么原因呢？原来，1928年甘肃发生马仲英兵变，孙连仲率西北军一部入甘平叛，曾一度兼任甘肃省政府主席，时董振堂曾在其部担任师长职务。孙连仲部在甘肃驻防三年，除了收编甘肃地方部队，还大量征兵和招收青年学生。据《甘肃省志·军事志》记载，第二十六路军中，甘肃籍官兵约占三分之一，参加宁都起义的不下5000人。他们中的大部分，已在保卫中央苏区和长征中英勇献身，有些后来牺牲于抗日战争和解放战争中。见《甘肃省志·军事志》下卷第1708页，甘肃人民出版社2001年出版。著名的除了上文所载红五军团第三十九师师长王树亚和十三师三十八团团长王铭五，还有第三十七团团长周继尧（1934年1月牺牲于福建泰宁）、西路军红九军第二十七师参谋长刘培基（1936年11月牺牲于古浪县干柴洼）、金川省军区司令员李彩云（临洮人，后任西路军骑兵师参谋长，1937年6月牺牲于民乐县境内）、八路军晋绥军区第二军分区副司令员兼三十六团团长高永祥（灵台人，1945年牺牲于山西神池县）。新中国成立后，存世者大约有四五十人。1955年第一次授军衔时，甘肃籍人士被授予少将者10人，其中参加宁都起义者即有7人，他们是兰州军区副司令员徐国珍（天水人）、广州军区副司令员鲁瑞林（临夏人）、武汉军区副司令员李化民（临洮人）、总后勤部副部长张明远（岷县人）、海军军械部副部长靳虎（榆中人）、甘肃省军区副司令员侯世奎（兰州人）、湖北宜昌军分区司令员黄德魁（临夏人）。
有一位临潭人郭如岳，他是宁都起义前入党的地下党员，起义前夕曾奉董振堂之命，秘密潜入中央苏区，向红军领导机关汇报起义准备工作，请示起义事项，联络红军接应问题；起义后先后任红五军团第十三军三十七师团长、师长，红五军团参谋长，闽赣军区参谋长，红七军团参谋长。中央红军长征时，因伤留在江西南部坚持游击战争，曾任中央军区司令部作战科长，是陈毅手下得力的军事指挥干部。1935年不幸被俘，国民党军事法庭判了他15年徒刑。抗战时期虽得释放，却未能及时归队，续上他光辉的革命生涯，使这位甘肃籍人士在红军中任职最高者失去了当将军的机会。
还有一批甘肃籍的红五军老同志，解放以后担任了党和军队的各级领导职务，知名者有：武威军分区司令员杨春芳（古浪人）、庆阳军分区司令员杨忠林（渭源人）、陕西安康军分区司令员张占标（临洮人）、河南洛阳军分区司令员唐万成（东乡人）、广西柳州军分区司令员王英清（宁县人），步兵第九十九师师长陈佃园（渭源人）、宁夏军区后勤部长徐承俊（榆中人）、黑龙江省军区卫生部长杨清峰（东乡人）、第二军医大学副校长赵安泰（临洮人）、安徽滁州军分区副司令员李玉璋（临泽人）、天水地委副书记董邦等，他们都是宁都起义、经过二万五千里长征的幸存者。尽管他们没有获得“将军”的称号，但他们为革命战争的胜利作出了重要贡献，他们都是人民共和国的开国功臣。中国工农红军西路军·调查研究卷（上）