1940年5月3日凌晨战斗打响后，我军各种火炮像狂飙一般，席卷了马家军的整个防线，铺天盖地的火箭炮密集炮火，打得马家军魂飞魄散。
在陕北延安附近两个秘密野战机场起飞的轰-5型轰炸机，一个波次接一个波次地轰炸敌人纵深，将炮阵地、仓库、交通枢纽等战略目标化作一片火海。同时对兰州、西宁、银川的外围，进行了威慑性地狂轰滥炸，使马家军的运输、调动、通讯陷于瘫痪。一个小时后，集中使用的装甲部队，伴随着骇人的发动机轰鸣声，涌向刚刚被炮火蹂躏得百孔千疮的马家军防线。随后，大批的步兵迅速跟进，没费什么事就占领了咽喉要道，清理和巩固夺取的阵地，做好防止敌人反击的准备。
饶是马家军再怎么英勇善战，也从未见过这种现代化战争的阵势，同拥有汽车和运输机的我军相比，战前准备短时间内不可能做得很充分。仅仅以简陋的野战工事为主的防线，在我军地空立体打击下，瞬间就处于土崩瓦解的状态。在我军来自空中和地面炮火的打击下，马家军的部队伤亡惨重，许多指挥机关都被打掉了，再加上电子战分队的干扰，使各部之间失去协调联系，处于各自为战的状态。
马家军的士兵刚从大炮的震撼中清醒过来，大群的装甲部队和黑压压的陆航武装直升机就压了上来，目瞪口呆的马家军士兵甚至都忘记了逃跑，在现代化武器的强大威力震慑下，彻底地失去了继续抵抗的意志。当我军通过扩音器勒令其投降时，才如大梦初醒一般，纷纷放下手中的武器投降，少数顽固分子立即遭到了毁灭。我军的坦克没有停留，隆隆一穿而过驶向纵深，放下武器的马家军士兵，自有随后赶来的步兵处理。
当天下午，我军的装甲部队就攻克了天水，大批的米-8直升运输机将步兵空运到天水，建立起巩固的补给基地。并迅速地给装甲部队补充油料和弹药，各装甲部队抓紧时间，对坦克进行检修保养，晚上又开始了新一轮的攻击。马家军做梦也不会想到，我军已经拥有红外夜视系统，马家军在黑暗中搞不清周围的情况，而我军坦克却势如破竹，比起白天行进还要顺利。我军坦克在空中的后勤保障下，沿着陇海铁路一鼓作气不间断地攻击，占领了武山、陇西、定西，四天后攻克了距兰州五十余公里的榆中。
马步芳在兰州城内的临时指挥部里，对前线的部队已经完全失去了控制，各种通讯完全中断，只是靠骑兵通讯兵传递情报。当他接到所谓的最新战报时，战场的形势早已经发生变化。在我军的炮兵和航空兵展开火力急袭时，马步芳就已经开始感到后悔了，以前关于中国劳动党的传言都变成了现实，这是一场极不对称毫无胜算的战争，中国劳动党居然还有大量的轰炸机，这一点他始料未及。
在战争爆发之前，马步芳也想到中国劳动党部队的武器，应该有很多都是缴获日军的武器，很可能比自己的部队先进得多。因此在制定作战计划时，采取步兵依托工事梯次抵抗，迟滞和消耗共军的攻击力量。待到共军经过一番苦战，到达兰州附近至少需要十五天时间，经过消耗已经是强弩之末，再加上漫长的补给线。这时将所有以逸待劳的骑兵部队撒出去，利用骑兵的优势截断共军的补给线，然后在实施分割包围，将共军歼灭在兰州城下。就算是共军武器装备精良，此时也是任我宰割的羔羊，再也没有力量进行有效的抵抗。
不能不说马步芳的作战计划还很有道理，遗憾的是他不可能想到，我军装甲部队是通过空中补给，才保持了强有力的攻击势头，也并未因为夜晚而停止攻击。对于夜视器材的认识，也只停留在手电筒上，红外线夜视仪是个什么，他又怎么可能知道呢？
当他接到共军的坦克已经攻占榆中时，根本不相信自己的耳朵，对着副官咆哮道：”胡说八道！一千多里地，共军不到四天就到这里？难道长了翅膀不成！立即派人去搞清楚，以后谁再制造恐慌我毙了他！”
最后终于得到确实的消息，大约五十余辆共军的坦克，和数目不详的步兵攻占了榆中，并且有向兰州方向出击的迹象。马步芳的大脑一片空白，顾不上再去考证共军是怎么来的，他十分清楚兰州失陷的后果。他的老巢西宁距离兰州不过才二百公里，再也没有任何力量阻挡共军的脚步，他要集中最后的力量作拼死一搏。
骑一师师长马禄、骑五师师长马标、骑八师师长马步康，还有刚刚成立的装甲团团长马庆云，几个人笔直地站在马步芳的面前。马步芳面色惨淡，眼含热泪地悲声说道：”各位，我马步芳继承先人的基业，苦心经营宁海三十年，而今却危在旦夕。蒋介石卖国求荣投靠中国劳动党，成立什么新政府。就因为我马某不愿同流合污，屈从于共产主义势力，他们就对我痛下杀手。现在共军的坦克已经开到了榆中，先人留下的基业就要毁于我手，抵御外族的入侵全仰仗各位，拿出你们的勇气，挥舞你们的马刀，把共军赶出我们这块土地，就是抱着炸药也要阻止共军坦克！”
除了骑兵和装甲兵，马步芳还把作为预备队的马家军精锐100师，投入到反击榆中的战斗中。
攻占榆中的是我17军坦克团一部，在副团长杨浩的率领下，一路上所向披靡疯狂无比，昼夜兼程向兰州方向穿插。除了补充油料弹药时到外面透透风，几乎整天时间都在坦克里渡过。一日三餐都以压缩干粮和凉水充饥，抓紧分分秒秒赶路，一路上给马家军造成了极大的恐慌。当他们进入榆中城内时，迎接他们的是目瞪口呆的马家军，等到他们反过味儿来，紧接着就是溃逃，到处是人乱成一团。他们迅速占领了火车站、邮局、银行、仓库、商店，一边肃清残敌一边恢复秩序，防止有人乘战乱进行抢劫。
随同后续步兵高速前进的军指挥所接到报告后，立即用米-8直升机空运了一个步兵营，协同装甲团继续扩大战果。马家军第100师在三十余辆t-26型坦克的掩护下，连夜气势汹汹向榆中压了过来，妄图以绝对优势的兵力夺回榆中。三个骑兵师分三路绕过榆中，向我军后续部队扑去，还在幻想切断我军补给线，分割包围歼灭我军。
马步芳集中了最精锐的主力，寄希望于拼死一搏击溃我军，并向苏联顾问团的沙巴耶夫提出，要苏军出兵帮助他打赢这场战争，允诺战后苏联在青、甘、宁拥有永久的驻军权和矿业开采权。
沙巴耶夫立即电告贝利亚，将马步芳开出的条件和要求作了详细汇报。贝利亚立即到克里姆林宫面见斯大林，商讨是否军事介入的问题。马步芳开出的回报条件，对于侵略和掠夺成性的苏联人来说，的确具有很大的诱惑力。如果真的能够实现，中国的新疆、青海、甘肃、宁夏，甚至内蒙古地区，很有可能被分裂出去，这是苏联人梦寐以求的妄想。
但是在欧洲苏芬战事正紧，纳粹德国也是咄咄迫人，整个欧洲几乎都是战火，形势扑朔迷离难以预测，大规模的战争可能随时爆发，苏军无力分身在两条战线作战。况且大规模的地面部队入侵，必然同中国劳动党的部队发生冲突，如果战争升级不能脱身不说，对世界各国劳动党也难以交待。届时苏联劳动党的威信将荡然无存，还授以英、美、日等帝国主义国家，造谣诬蔑社会主义苏联的口实。为了实现扼制国共新政府的战略目的，最后斯大林还是作出决定，给予马步芳以有限的支援。命令苏军远东军区空军，出动轰炸机三十架，强击机二十架，对中国劳动党军队的后续部队实施突然袭击，瓦解中国劳动党军队的进攻势头，为马家军的反击制造条件。
斯大林同志特别指示，行动要秘密进行，绝不允许被中国劳动党拿到任何苏军介入的证据。电报被我军情报部的监听组截获，立即报告给总参谋部，总参谋部又立即上报mzd总统。
总参谋长刘剑锋气得破口大骂：”什么屌社会主义老大哥，整个是一个新沙皇，真他娘的卑鄙无耻！”刘剑锋狠狠地暗下决心，一定要利用即将爆发的苏德战争，把苏联老毛子整趴下不可。
mzd也是气愤无比，对苏联彻底地失望了，他在给西北军区的电文中只有八个字，”可恶之极，务必全歼！”。
榆中的我军守备部队，根本没有把装备低劣的马家军放在眼里，但是也没有过分地轻敌，采取了积极防御的战术，派出二十辆仿69式坦克，向兰州方向搜索前进。在榆中西北约十公里处，同连夜赶来的100师和装甲团走了个顶头碰。我军坦克利用先进的夜视系统，果断地发动了攻击，蜂拥冲入敌群中，坦克炮轰，机枪扫射，车体碾压，登时敌人就乱了阵脚。黑灯瞎火的也辨不清敌我，只能胡乱地开枪开炮壮胆，三十辆苏制t-26型坦克一开始就被锁定了，在我军坦克炮的轰击下，装甲薄弱的苏制t-26型坦克还没开几炮，就纷纷中弹起火，不到一小时全部报销了。
但是100师还是很顽强的，为了避免伤亡化整为零，以连营规模从多方向像榆中渗透。因此尽管我军的坦克在外围左冲右突，第100师的部队不顾伤亡，黑暗中以乱对乱混进了榆中，与我军进入了混战状态。我军仅有一个营的兵力，武器虽然十分精良，给予100师巨大的杀伤。但是蜂拥而至的敌人无休无止，以一个营的兵力对一个精锐师，无论如何也不能支撑很久。马家军的部队以当地方言进行辨认联络，我军则默不作声用火力袭击，但是也同时暴露了目标，遭来敌人疯狂地反扑。由于孤军深入得不到补充，人员伤亡很大，已经不足一个连，大多都已经挂彩。而且弹药很快告罄，最后我军边打边撤，暂时放弃了榆中，等待天亮后大部队到来。
坦克损失也很大，被马家军用炸药包炸毁接近半数，好在我军通讯设施比较完善，通过联络撤至城外同剩余的步兵回合。第100师的损失更惨重，一个师万余人已经伤亡了三成，毕竟榆中被夺回来，马家军的垂死反击成功。
天亮后，我军赶来的大队步兵，包围了榆中第100师，在团属炮兵的配合下发起攻击。在122榴弹炮和各型迫击炮的打击下，我军步兵跟在坦克后面开始冲锋。第100师虽然损失惨重，还是顶住了我军两次猛烈进攻，足见第100师的战斗力还是很强的。后来，在我军随后赶到的旅属和师属火箭炮，以及重炮密集猛烈的火力打击下，第100师几乎伤亡殆尽，我军步兵乘机打进榆中，再次占领榆中，马家军的反击最后归于失败。
另外三个马家军的精锐骑兵师，目的是袭击我军的后续部队和补给线。开始我军后续部队戒备不严，没有想到在战术后方出现大批的骑兵，让马家军的骑兵占了一些便宜。但是在我军自动火器的密集火力，和令马家军骑兵始料不及的武装直升机打击下，孤军深入的骑八师最终还是全军覆没。骑八师师长马步康被击毙，骑一师师长马禄，率领残部向我军投诚。
骑五师的覆灭最具戏剧色彩，在定西附近的华家岭，骑五师与我军刚成立不久的骑兵师相遇。本来骑兵对骑兵旗鼓相当，必有一场惨烈的血战，败者惨败，胜者惨胜。没想到仅仅三个小时，骑五师便大部被歼所剩无几，师长马标被砍成重伤被俘，而我军骑兵师的伤亡还不到二成。