10月5日拂晓，西北野战军各纵队进到合阳以南的交道镇、庙洼、岱堡、黑池镇地区集结，当日黄昏向寺前、永丰等攻击目标开进。
经过一夜的行军，10月6日拂晓，西北野战军首先向位于寺前镇、韦庄、永丰镇的敌整编第17师发起攻击。第1纵队以勇猛果敢、神速机敏的动作，乘黑夜轻装急行军，大胆穿插，绕过醍醐、酥酪之敌，突然直插敌人心脏张家城，切断了驻守韦庄的整编第17师师部与其第48旅的联系，并歼灭了由酥酪向韦庄逃跑的第48旅旅部300余人，活捉旅长万又麟，使第48旅失去指挥；第3、第6纵队攻占了北党、寺前镇和醍醐、酥酪两镇；第2、第4纵队攻占两宜、双泉、临皋、凤栖，逼近韦庄镇，切断了韦庄至永丰镇和韦庄至宜井之敌的联系，打乱了敌整编第17师的整个防御体系。
敌整编第17师在防御体系被迅速撕破后，开始仓皇溃逃，西北野战军乘势猛烈攻击。激战至11时，除永丰镇、韦庄的敌军正在被围歼外，北党、寺前镇、西观、醍醐、酥酪、临皋、凤栖等据点均被攻占。战至当天黄昏，敌第48旅大部被歼。困守韦庄镇的整编第17师师部和第12旅第34、第35团，在第1、第2纵队的进攻面前，也在丢失了韦庄外围上下堡、新村、东家村、东白等据点后，向西南突围。
永丰镇地处大荔以北、蒲城以东的洛河边上，是胡宗南控制的一个重要据点，守敌为第12旅第36团。城内有坚固完整的工事，城外还有几个大碉堡互相支撑，并有暗道连结通往城内。城墙下有1丈多深、7尺多宽的壕沟，壕沟沿上设有鹿砦等障碍物。城的东西有两道城门，城门上面都是岗楼。但永丰镇地面小，敌第36团聚集镇内，饮水都成问题，而且受到镇外东面高地瞰视，防守也较困难。
西北野战军除以第4纵队继续围攻永丰镇敌第36团外，主力在追击整编第17师残部的同时，第2纵队于10月7日晨转向对整编第38师发起进攻。战至下午3时，攻占唐家堡、坞坭湾、汉村、八岔口等据点，歼灭该师第177旅第529团及第55旅一部，整编第38师残部沿铁岭山向西南溃逃。
发现敌人逃跑，王震立即命令各旅勇猛追击。随后他来到了独立第6旅指挥所，张仲瀚旅长正在下达追击命令。过了一会儿，听到外面枪声紧急，王震忙走出指挥所，站在村头举起望远镜，看到前面敌人蜂拥而逃，掀起满天尘雾。
当得知第717团攻下铁岭山后没有追击敌人，正在就地待命的消息后，王震十分恼火，大声喊道：“快去传达我的命令，要他们迅速追击！”但身边已无传达命令的人了。他连忙回到指挥所，见警卫员吴宪军正在地下摆好了饭等他来吃，王震急了，一脚踢翻了饭碗，对吴宪军嚷道：“敌人都跑了，还吃他娘个鬼！你快给我去9旅告诉徐国贤，叫他们马上追击，追到天边也得把敌人给我消灭！”
吴宪军用手拉了拉另一个警卫员左大权的衣襟，想让他去。王震看出来了，不容争辩地说：“就要你去，快走！”吴宪军只好执行命令，临走时悄悄低声对左大权说：“要把司令员看住，绝不能让他离开这里，这会儿到处是流弹，乱中会出大事。”（《王震传》）
第2纵队追歼逃敌至老君寨以西的洛河岸，俘敌1000余人，缴获敌整编第38师的全部重武器及其他装备。第3纵队追击至船舍渡附近，歼灭敌增援的整编第1师第167旅第499团一部，残敌狼狈逃窜，溃不成军。在洛河岸上到处都是遗弃的伤兵、尸体、马匹及其他军用物资，有的被淹死在洛河之中。
第6纵队则乘胜直逼大荔城郊，裴昌会第5兵团司令部在整编第36师残部掩护下，仓皇向洛河南岸溃逃。
被围于永丰镇的敌第36团向南突围未逞，当夜被第4纵队全部歼灭。第4纵队乘胜挺进到蒲城以东的孙镇、桥头地区。
当西北野战军主力攻歼敌整编第17、第38师时，10月6日，驻守朝邑县的保警队、常备队1100余人，在南进支队的策应下，由大队长杨海潮（共产党员）、王彦亭（共产党员）率领举行起义，捕获国民党朝邑县县长卜儒英、国民党朝邑县党部书记长刘映南等200余人，解放了朝邑县城，并于朝邑截获由寺前镇逃出的第48旅第144团残部100余人。
10月7日，我解放了平民县城。同时，第4纵队骑兵第4师于10月5日攻占铜川东北的周家岭，击溃由铜川增援的敌一个团。警备第4旅于10月6日攻占蒲城西北的局阳镇，收复了白水县城。至此，黄河以西、洛河以东以北广大地区除大荔城及船舍镇以外已全部解放。
胜利的消息传到西柏坡，10月10日，毛泽东为中央军委起草了给彭德怀、张宗逊的庆贺电报：
彭张：
第一、庆祝你们歼敌两个师主力。这一胜利将帮助你们逐一歼灭胡军主力于渭水以北地区。第二、我军伤亡多少？如我军伤亡不大，则可在休息一短时间后，连续寻机再打一仗；如我军伤亡较大，则宜由现地移至澄城、白水之线，便于东西机动之位置作较长时间之休整，然后再打。望酌行之。
军委
10日1时
10月11日，彭德怀、张宗逊致电中央军委等：“白水、澄城缺粮，故决在永丰镇、韦庄、双泉镇、宜井地区集结，吸引敌主力向东，以便而后我军机动。部队士气旺盛，战术技术特别是攻坚能力，均有较大进步，唯连队人数极不充足，多则七八十人，少则三四十人（全军近7万人，野直、5个纵直、11个旅直，共约占两万），为保持元气，故拟于上述地区休整20天，争取五千至六千俘虏兵（共俘、万人）补充。此次敌还可集中7个旅来援（1师3个旅，65师2个旅，13师之135旅、144旅），敌还相当强大，我必须充分准备，寻求与敌机动兵团（1师、65师）作战，再歼其三四个旅，才能逐次夺取渭北各城市。”
敌整编第17、第38师被歼灭后，胡宗南不甘心失败，他企图利用交通便利的条件，从耀县、兴平、潼关等地区调集整编第1、第65师和第13师第135旅，连同在蒲城、大荔地区的整编第90、第76师和整编第36、第38师残部，共13个旅9万多人，在榴弹炮、坦克和飞机的掩护下，采取军官严厉督战的方法，趁西北野战军休整时拼命反扑。
10月10日15时，其先头步、骑兵各一部进至大荔以北的柳池营、中山地区，被我第6纵队警备部队击退。10月11日8时，敌整编第1、第65师及第36师残部，共5个至6个旅的兵力，沿杨家庄、吕村及铁岭山分两路发起进攻。西北野战军以第2、第3、第6纵队各一部阻击敌人的进攻，掩护其主力在杏子河、坞坭村、窑头、南阳庄、曲头地区占领阵地进行防御，待查明当面敌情后再转入进攻。我军阻击部队经过一天的激战，击退敌人10多次冲击。黄昏时，敌整编第65师进至胭脂山、汉村、李家坡、大壕营、多壕一线。同时，国民党空军出动了B-25轰炸机5架次、B-47轰炸机35架次，猛烈轰炸西北野战军阵地，支援地面战斗。
面对敌人的凶猛反扑，彭德怀决心趁敌整编第65师立足未稳之际，要求西北野战军主力部队发扬连续作战的精神，集中第1、第2、第3、第6纵队实施进攻，首先歼灭敌整编第65师；同时以第4纵队分兵一部监视蒲城之敌，主力由孙镇东渡洛河，由西向东攻敌侧背。
10月12日拂晓，西北野战军向整编第65师发起攻击，战斗至上午10时，第1、第3、第6纵队攻至东西汉村，并将整编第65师第187旅包围于李家坡。第2纵队包围大壕营，将整编第65师第160旅压缩于土寨内。在西北野战军主力猛烈地攻击下，东西汉村之敌，以密集队形向南突围，遭到西北野战军炮火阻拦与步兵截击，整编第65师及第36师第123旅伤亡惨重，遂在坦克和飞机掩护下向南逃窜。下午16时，第3纵队在李家坡歼灭整编第65师第187旅第560团全部及第561团两个营。在战斗中，西北野战军还击落敌机3架，击毁坦克2辆。
当天黄昏，第2纵队将敌整编第65师第160旅压缩在大壕营土寨里面，几次攻击都未能成功，形成对峙状态。这时，从大荔方向来援的敌步兵2个团、骑兵1个团已经赶到。由于准备不足，阻击部队兵力薄弱，致使援敌3个团进入小壕营与困守大壕营的第160旅会合。第2纵队几次攻击都没有成功，自己伤亡1300余人。同时，右翼攻击胭脂山、西汉村的部队，也因地形限制，进攻亦受阻。
10月13日，敌增援部队陆续赶到，在大荔地区集中了整编第1、第90、第76、第13、第38师等13个旅八九万人，企图与西北野战军在这一地区决战。彭德怀见胡宗南部已有5个整编师集结于大荔地区，且兵力集中，行动谨慎，不易各个歼灭，西北野战军与之再战将陷入被动，遂改变决心，决定停止进攻大荔。10月13日，彭德怀、张宗逊在给中央军委的电报中说：“文（12日）歼65师之560团全部、561团1个营、559团之一部，其余伤亡过半，给该匪骄傲之气以严重打击。文（12日）黄昏敌135旅、骑4团复至大荔城北，61团亦增大荔，可能还有144旅，形成敌南靠大荔城，七八个旅，构成一纵深防御，继续攻击难于消灭敌人，故于文（12日）黄昏后停止攻击，拟元（13日）黄昏后撤至永丰镇、韦庄镇、寺前镇线以北休整。”同日23时，中央军委复电彭德怀、张宗逊，指出：“撤回休整甚好。可休整一个月补充及融化俘虏，必要时还可延长休整时间。如敌停止不进，则你们在永丰、寺前、韦庄一带是好的。但蒋（介石）、胡（宗南）可能乘你们疲劳，以主力向北寻战。你们应准备于必要时北移安全地点休整。”
胡宗南部发现西北野战军主力向北转移后，又开始向前推进，并于10月14日占领大峪河以南高地及露井镇一线。西北野战军为诱敌深入，分散其兵力，相机歼灭部分敌人，遂于10月14日黄昏放弃澄城、合阳两地，继续向北转移。
10月15日9时，彭德怀、张宗逊在一份电报中说：“我为引敌分散，于元（13日）晚放弃永丰、韦庄、寺前（14日放弃），敌1师、36师（4个团）、135旅、61旅、骑2旅之4团共7个旅寒（14日）进占上述地区。如敌继续北犯，我拟放弃澄（城）、合（阳），诱敌深入，以便歼灭第1师。”
10月16日，整编第36师进占合阳。17日，整编第1师进占冯原镇，其先头部队进至黄龙山以南，整编第65师进占澄城。
胡宗南因害怕部队深入再被西北野战军诱歼，遂下令停止前进，由整编第76师接替永丰、寺前镇防守，掩护整编第1、第65、第36师撤回蒲城、大荔休整、补充。在此期间，整编第36师第165旅残部与华阴、华县地方反动武装又重新占领了平民、朝邑。西北野战军则转移至冯原镇、赵庄镇、百良镇地区休整。
胡宗南部主力北进后，后方一时空虚。彭德怀又乘这一时机，命令第4纵队并指挥警备第4旅于10月14日至17日攻击蒲城、富平地区的龙阳镇、党睦镇、兴市镇、美原镇、流曲镇等地的敌地方武装留守部队，截断了蒲城至大荔和富平的公路，歼灭敌整编第1师第1旅山炮营及当地保安部队700余人，10月17日撤至白水县的林皋及新窑镇地区休整。