就在马步芳忙着兰州会战的作战部署的时候，彭德怀也没闲着。在一野司令部指挥所的作战地图
作战案前，彭德怀正深入透彻地分析着敌人的心理状态及其可能的行动：平凉计划流产以后，摆在二马面前有三条路：一降，二逃，三战。
由于宁马（宁夏马鸿逵）一直施行保存实力的政策，对我作战信心不大，因而企图使用缓兵之计，玩弄和平阴谋，施放投降空气，幻想延长其覆没命运，以保持其统治地位。而青马（青海马步芳）则不同于宁马，总是自以为不可战胜，眼光狭隘，行动猖獗，对胡宗南部惨败和国民党已临末日以及对我军即将取得全国胜利的形势认识不足，因而决心反动到底。
当然，二马虽有不同，但均无真投降之意，必须给予歼灭性的打击，才可以谈到用和平改编的方式。第二条路是逃。逃到何处？新疆太远，困难太大，打不垮也要拖垮；逃往甘南、四川与胡宗南会合，则将失去西北统治老巢，必被胡所吞并；唯有逃往青海。第三条路是战。但在何处战？怎样战？平凉本是决战之地，但时机已失；华家岭、车道岭工事不好；兰州之外又只有乌峭岭和享堂二地可作战，却又对其不利；故唯有兰州才是一个很好的战场，可与我一战。
对青、宁二马先打哪个？还是一起来打？其中又有文章：二马退守兰州、银川，处境虽已孤立，但仍有一定实力。我若同时进攻二马，则兵力分散难以聚歼；如果先夺宁夏，又会给青马造成动员甘肃、青海、新疆三省的敌人部署新的防线之机会，延误解放整个大西北的时间，甚至可能使敌人从临洮逃回西宁，造成我军而后作战之严重困难，此策显然不甚可取。二马之间，历来矛盾较深，且青马实力较强，以西北霸主自居，力图吞并宁马。我若先歼青马，宁马未必会援。
也正因如此，早在1949年7月6日，即扶郿战役之前，毛泽东在《解决西北
关于青马的动向，彭德怀也进一步对之作了清醒的判断：青马动向有两种可能。如退守青海，将造成我进军作战之严重困难，势必延长西北全部解放的时间，对我不利。因为青海是其老巢，有一定的社会基础，又可利用历史上形成的某些民族偏见。而且，青海地形三面环山，易守难攻，当地人烟稀少，粮秣缺乏，不利于我大兵团作战，对其可谓“上策”；而兰州则是甘肃、宁夏、青海、新疆四省之枢纽，对我军来说，虽然攻打兰州是一场艰巨的攻坚战，但作战条件远比青海有利，对青马为“下策”。但是青马自恃是西北军政长官，甘、宁、青反动军队的统帅，更加上兰州地理位置重要，系兵家必争之地，又有坚固的防御阵地，必然采取困守兰州的错误之“下策”。
因此，彭德怀根据毛泽东的指示，决定我军的作战方针是力争同青马决战于兰州，严防敌人逃回青海。同时，又针对两种可能做了两手准备。在将作战计划报毛泽东批准后，8月4日午时，彭德怀、张宗逊、阎揆要向各兵团下达了进军兰州、西宁，歼灭青马的预备命令：“拟以一部钳制宁马匪军，集中绝对优势兵力，首先歼灭青甘两匪军，并准备歼击新（疆）省可能回援之匪军。”
接着作了具体的作战部署：
——第1兵团（欠第7军）附第62军为左兵团，取武山、陇西、渭源、临洮，得手后渡洮河经临夏直取西宁，截断青马退路。第7军主力控制天水，与第18兵团打通天水至宝鸡铁路，一部控制陇西，保护左兵团交通运输。
——第2兵团为中路，由莲花镇经通渭、马营、通安驿、内官镇、新营镇、马莲滩、洮沙，向兰州城南、城西攻击前进，准备于主力于兰州上游渡河后，沿西宁至兰州公路东进，包围兰州守敌。如守敌先退西宁或北窜，该兵团应即西进，协同第1兵团进攻西宁，或尾敌北追。
——第19兵团（欠第64军）为右路，第65军由隆德经静宁沿西兰公路、第63军由固原经兴隆镇、会宁、定西，向兰州城东攻击前进。第64军控制固原及其以北，对宁夏马鸿逵部组织积极防御。
——第18兵团（欠第62军）任务不变，仍在西安、天水一线，沿川陕公路前进，钳制胡宗南残部。
彭德怀要求各兵团于8月9日前完成进攻兰州、西宁的一切作战准备。
8月10日前后，第一野战军各兵团紧接着陇东追击战，不顾酷暑灼热，战胜狂风暴雨，冰雹洪水，分左中右三路向西进军。途中，部队纪律严明，秋毫无犯，随时利用空隙做群众工作。沿途群众积极热情支援解放军。各部队互相鼓励：“英雄好汉，兰州再见。”第2兵团和第19兵团于19至20日顺利进抵兰州城郊，从东、西、南三面包围了兰州。