1949年7月，由南京逃亡到廣州的國民黨政府，緊急召集馬步芳、馬鴻逵、胡宗南，舉行"西北聯防會議"擬製了所謂"蘭州會戰計劃"。即以馬步芳集團依託蘭州固守，吸引和消耗解放軍主力，會同馬鴻逵、胡宗南兩集團，夾擊第一野戰軍於蘭州外圍。
蘭州， 古絲綢之路上的重鎮。是甘肅、寧夏、青海、新疆四省的交通樞紐。蘭州城北面是黃河和白塔山，東、南、西三面環山，東西長20公里的南山，是全城的天然屏障。
國民黨經過不斷構築，在蘭州依託有利地形，形成了堅固的防禦體系。另外，因為蘭州一失，則青馬老巢西寧必將不保，所以青馬將主力幾乎全部集中蘭州，屯集了大量糧食、彈藥並作了精心周密的部署。以戰鬥力最強的兩個軍和兩個騎兵旅，共5萬餘人，重點守備南山各要點與城區；以兩個軍3萬餘人，控制在蘭州東北的靖遠、景泰黃河兩岸地區，保障蘭州左翼安全；以新編成的騎兵軍2萬餘人，控制在臨洮，臨夏地區，保障蘭州右翼安全。
面對青馬重兵防守的蘭州，8月4日，第一野戰軍發佈進攻蘭州的作戰命令。除保障側翼安全的部隊外，以第2、第19兵團5個軍近15萬人，沿西安蘭州公路，分南北兩路西進，直取蘭州。8月21日，經過一天試攻，基本上摸清了青馬防守的重點和火力佈置。
經過三天時間的認真準備，8月25日凌晨，總攻蘭州戰役打響。經過一個白天慘烈的激戰後，解放軍主攻的青馬一線陣地全被攻破，青馬決定撤退，解放軍已經穩操勝券,下午兩點鐘，馬繼援在82軍軍部（黃河北岸廟灘子）召集各師長開會，下達了撤退命令。下午4點開始撤退，後勤先行，100師5點開始撤退，248師7點開始撤退，190師9點開始撤退。會後，馬繼援率領82軍軍部離開了蘭州，奔向永登。26日中午，槍聲停止，蘭州戰役結束。
在解放蘭州戰役中，由陝甘寧隴東地方部隊升級而來的4軍表現尤為出色，對戰役的勝利起了決定性作用。4軍主攻的沈家嶺不但扼守公路，也是南山主陣地中離黃河鐵橋最近的，而鐵橋是青馬殘兵退回青海的唯一通絡，堪稱蘭州與西寧交通的 “鎖鑰”。
4軍11師31團正面主攻，32團從左翼助攻，33團從右翼助攻。凌晨5點多，31團兩個營正面展開攻擊，用炸藥破壞了青馬的人造峭壁，打開了缺口。儘管青馬拼死反擊，連續組織敢死隊赤膊反衝鋒，遏制住瞭解放軍的快速突進，但難以阻止解放軍在沈家嶺寬300米的正面戰線上落腳。隨著解放軍艱難地推進，雙方在沈家嶺南部高地的青馬主陣地上展開爭奪。戰鬥異常殘酷，雙方都傷亡巨大，差不多共有4000人倒在沈家嶺南部和西側一段總共不過三、四百米的狹小戰線上。雙方在這段時間內的傷亡佔了全程十四個小時傷亡的多一半。這是因為解放軍必須不顧一切立足，而青馬又必須採用反衝鋒戰術，不顧一切將解放軍反擊下來，雙方的最大本錢都在這段時間內入注。
為了保住這塊核心主陣地，青馬不停的調兵增援，在569團三個營長全被解放軍擊斃後，有調來357師騎兵團，82軍工兵營，190師直屬隊等部隊。解放軍雖然取得了一定進展，但面對兇殘的青馬也同樣傷亡慘重，戰鬥兵員所剩無幾，逼不得已暫時採取了守勢。到中午。為防止被青馬反衝鋒丟掉好不容易得來的立足之地，原來用做預備隊的10師30團也被投入了沈家嶺正面戰線，於是戰場天平開始向解放軍傾斜。隨後解放軍完全佔領了沈家嶺南部高地，處於有利態勢。青馬困獸猶鬥，仍連續不斷反衝擊。解放軍每打退一次青馬衝鋒，就順勢將戰線向前推進一步，下午三、四點鐘，在打退了青馬最後一次大規模衝鋒後，解放軍戰線推至北部高地的核心區域，青馬已呈敗相。下午五點鐘後，青馬再也沒派來支援部隊，解放軍抓住機會，步步進逼，把青馬打到了沈家嶺北部最後一道防線，六點多鐘，解放軍發起全線衝鋒，激戰一個小時後佔領沈家嶺。
在爭奪沈家嶺戰鬥中，敵我雙方鏖戰14小時，敵軍先後調用了第190師大部、357師的主力和騎兵第8師的一個騎兵團及82軍軍部工兵營等凡能調用的預備隊。此役，11師打退了敵人排、連、營大小反撲30餘次，殲敵3327人。解放軍也付出很大代價：在蘭州攻堅戰中各軍共計有13名團以上幹部負傷，其中在沈家嶺戰鬥中受傷的就有8位；蘭州戰役中犧牲的團以上幹部有3人，全都在沈家嶺戰場。計有30團政委李錫貴、31團團長王學禮、32團副團長馬克忠等，539人英勇犧牲，1376人負傷，26日1時，11師奉命集結於沈家嶺北坡，有戰鬥力者不足千人，31團僅有120人，32團數10人，33團300餘人，為蘭州戰役的勝利作出了重要貢獻。第一野戰軍授予31團為“英雄團”稱號，並贈予題為“勇猛頑強”的錦旗。第一野戰軍司令員彭德懷對沈家嶺爭奪戰給予高度評價：“沈家嶺攻堅戰打開蘭州鎖鑰，蘭州城的解放是烈士們的鮮血換來的，永遠不要忘記他們。”
蘭州戰役共殲滅馬步芳精銳的八十二軍3個師大部和一二九軍2個師各一部以及3個保安團共計2.7萬餘人，其中斃傷1.27萬人，俘虜1.44萬人，另外敵人泅渡黃河淹死2000餘人，驕狂不可一世的青馬灰飛煙滅了。第一野戰軍浴血奮戰，共傷亡8700人。
8月26日中午，蘭州城全部解放。蘭州戰役從1949年8月21日開始，至8月26日勝利結束。蘭州戰役在大西北解放進程中的重要地位和作用將永載史冊而彪炳千古；蘭州戰役的統帥、指揮者和數以萬計的參加者、特別是為之捐軀的先烈們將水遠受到大西北人民的崇敬和懷念；歷史將永遠記住那些為人民解放與幸福而作出貢獻和犧牲的新中國的締造者！
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