十九日，彭德怀、习仲勋判明：董钊、刘戡两军鉴于历次扑空与被歼，近集中蟠龙、青化砭、拐峁地区休整;宁夏马鸿逵五个旅分驻环县、洪德城、羊圈山、盐池、定边、安边数百里之弧线上作近距离之骚扰抢掠;陇东有青海马步芳部在宁县、盘克、庆阳城、合水、曲子、悦乐、阜城、元城等地活动。据此，彭德怀、习仲勋发布作战命令：“本野战集团军决消灭侵占陇东敌八十师及骑二旅全部，收复庆阳，夺取西峰、平凉，进bī咸阳，扩大陇东、关中解放区。”命令对各兵团序战任务与行军区分作了部署后，特别要求：“各兵团均于五月二十二日由现地出发，五月二十九日隐蔽进至攻击准备位置，五月三十日晨各兵团向指定之敌进行歼灭攻击，迅速解决战斗，完成序战任务，以便扩大战果。”命令qiáng调：“各兵团须特别注意隐蔽封锁消息，防止逃亡泄密。攻击准备位置须选定离敌二十里至三十里处。完全封锁消息、保守秘密是争取这次行动全部胜利的重要关键。”这一命令同时上报中央军委。二十日，毛泽东复电彭德怀、习仲勋：二十二日向陇东出动，计划甚好。彭德怀、习仲勋考虑到野战兵团主力出动，可能会引起胡宗南集团的注意，为麻痹迷惑敌军，同日九时又致电陕甘宁晋绥联防军副司令员阎揆要：“野战军主力于二十二日向预定方向行动。你们两个团即到甘谷驿附近，今后两个团均移至安塞境内，向延安、蟠龙线敌人活动，在未转移前，可否先向拐峁、青化砭、永坪线敌人进行一次袭扰，迷惑敌人，望自酌定。”
五月二十日，习仲勋在政治部驻地的杜沟召开政治工作会议，讨论群众纪律，解放战士工作，行动中的政治工作，提出在今后一个时期政治工作中心为解放战士工作。
二十二日凌晨三时，彭德怀、习仲勋率西北野战兵团离开安塞地区，按照预定计划向西隐蔽开进。部队分为左、右、右中、左中四路。第一纵队为右纵队，以消灭曲子、元城子敌人为作战目标，并向庆阳以北推进;第二纵队为左纵队(包括教导旅)，消灭合水之敌，并准备歼击由西华池、盘克、宁县方向增援之敌;新四旅为右中纵队，以消灭悦乐、阜城并攻击庆阳之敌;彭德怀、习仲勋率野战兵团指挥机关和直属队为左中纵队，实施靠前指挥。【贺氏藏书·刘大海jīng校】
出击陇东行军时间较长，加之气候变化无常，山道难行，但是全军信念坚定，士气旺盛。时任第二纵队政治部主任的王恩茂在日记中记下当时的情景：五月二十三日，阎家湾(甘泉)。行程百里。完全走的梢林地带，两边是山，有着茂盛的森林，浓密成荫，花草喷香，刮风没有尘土，清慡适人，敌机找不到目标，极好防空，今日行军，有着旅行的快乐。“五月二十五日，大东沟，行程九十里。昨夜狂雷bào雨，今早又雾气满天，担心路上下雨，尤其今天没有房子住，但天尚佑人，没有下雨，又是一个很好的晴天。走了一天的山路，一路都是密密的森林，没有人家，下到大东沟，才有稀疏的几家老百姓，部队都是露营。”
二十六日，彭德怀、习仲勋在行军途中接到毛泽东电报：你们到达陇东攻击准备位置后，望照蟠龙攻击范例，事先进行两天至三天之详细侦察，确有把握然后攻击;如无把握，则宁可改换攻击目标，不要勉qiáng攻击预定之敌。彭德怀、习仲勋率西北野战兵团昼夜兼程，翻越荆棘丛生、梢林密布的子午岭山区，进入陇东地区华池县境内。土地革命时期这里曾经是陕甘边革命根据地的重要区域。习仲勋熟悉这里的山山水水、风土人情。他详细地把这些情况介绍给彭德怀司令员，以帮他定下决心。
西野总部进抵甘肃境内后，很快侦获国民党军在陇东分布情况并对野战兵团作战作出部署。二十八日十三时，彭德怀、习仲勋致电中央军委：陇东作战，拟于三十日开始。新四旅歼击悦、沙之骑三团。一纵队五个团(八千人)歼击将台之一七九团。二纵队、教导旅(共一万三千人)歼击合水骑兵四个连。得手后定会引起二马调动，再集中兵力作战。
五月三十日零时，三颗红色的信号弹划破了寂静的夜空，陇东战役首先在悦乐、将台打响。
四路纵队按照预定方案和彭、习二十八日部署，按时到达指定位置并投入战斗。从右路开进的第一纵队司令员张宗逊后来回忆：第一纵队在五月三十日向敌军据点发起攻击，全歼守敌第八十一师六十旅的第一七九团，活捉上校团长马奠邦。我军中路部队也攻下了悦乐，消灭了敌骑兵第二旅第三团;左路部队围攻合水，给守敌以杀伤，并击溃了从庆阳来支援的敌八十二师。我军突破了敌人经营数月的一百六十多里防线，为向北发展打开了缺口。但是，由于左纵队提前仓促向合水守敌发起攻击，后又遭敌反冲击和多路敌兵增援，故主动撤出战斗，夺取庆阳、西峰的计划未能实现。
在紧张的战争间隙，习仲勋对在悦乐、将台战斗中俘虏的国民党官兵作了一次简短讲话。他指出：蒋介石集团的反动内战是没有出路的。你们现在如果不能或不愿意脱离原来部队，我们保证去留自由，但相信今后我们还会见面的，希望那时你们枪口对的应当是反动派。这就是我们的希望。
三十日九时，进驻悦乐镇以东张方原的彭德怀、习仲勋根据合水战况，决定集中西野主力歼国民党军新编八十一师，并致电毛泽东：青马之八十二师甚顽qiáng，夺取合水东二坨山阵地及城南阵地，全部击毙，无一生俘。三十日击溃援敌千余，获战马三百匹，击毙战马二百余，亦无生俘。并以不住民房住帐篷，以“蒋毛争天下与民无关”欺骗人民。捉获民兵及我gān部士兵割头破脊开肚，异常残bào，是一支劲旅，不可轻视。须经过放伤兵、困、拖过程，使之发生困难再打。拟集中主力先歼灭八十一师，再打八十二师。同日十一时、十五时，彭、习接连电示各纵、旅并报军委：一纵队、新四旅均于三十一日向曲子镇前进，乘敌尚未集中前，迅速各个歼灭马鸿宾主力与白海风残部;二纵队、教导旅三十一日休息，准备六月一日围歼固城、西华池之敌。“总之，在内线消灭敌人愈多，对转至外线作战愈为有利。”三十一日十一时，彭德怀、习仲勋致电陈赓、谢富治，通报了陇东作战取得的初步战果。
这时，彭德怀、习仲勋从面临的敌情和扩大战果考虑，决定向环县进攻，围城打援，歼灭宁马第八十一师。六月二日、三日、四日，彭、习将此设想报告了中央军委并通知纵、旅首长。四日下午，毛泽东为中央军委起草复彭德怀、习仲勋电：“提议先打八十一师，再打十八师，即专打马鸿逵，暂时不打青马，亦不向南。”“目前数日内如环县敌未跑，则打环县之敌(应以两天至三天时间进行详细侦察及充分准备);如环县之敌已跑，则休整数日为宜。”五日，毛泽东又以中央军委名义致电彭德怀、习仲勋：你们集中全力(六个旅)准备打环县甚好，惟王震部损失较大，似宜令其与一纵、新四旅全军会合后多休息几天，鼓励士气，并作充分准备，然后攻击较为适宜。