兰州，自古以来就是兵家必争的高原重镇；是甘、宁。青、新四省的枢纽要地；是国民党西北军政长官公署所在地。它扼山河要隘，势险城坚，居高临下，易守难攻。它北濒黄河，三面依山，地势十分险要。环抱城垣之皋兰山峰峦高耸，成为古城的天然屏障。唐代久居河西的著名边塞诗人岑参有诗赞兰州及其城南屏障皋兰山云：“古城依重险，高楼接五凉，山根盘驿道，河水浸城墙。”尽道其重险之势。
兰州及其外围工事十分坚固。山上有抗日战争时期修筑的永久性工事，解放战争中又不断加固，后经马家军日夜扩展构筑，工事如蛛网蛇窟遍及整个山体，坚固异常。主要阵地筑有钢筋水泥碉堡群，通向城里的环山公路与各主要阵地相连接，成为一体。主阵地外挖出一至二道峭壁，高约6 米至10米。峭壁腰部设有暗藏的侧射机枪掩体，峭壁外面挖有几道外壕，宽深均为3 米到5 米，各壕间又有暗堡和野战工事，并有交通沟和暗道相通。阵地前还敷设铁丝网，并密布地雷群。因此，马家军把兰州吹嘘为“攻不破的金城”。
蒋介石为了给二马打气，支持兰州会战，不惜挖肉补疮，急速派飞机向兰州运送军事物资。
胡宗南也调集四个军于徽县、成县、两当及川陕公路一带，准备配合青马在有利时机袭击解放军后方。
宁马深知兰州战役成败于自己利害攸关，也集结主力，摆出支援青马的姿态，企图乘机攻击解放军侧后。
青马当然更是把兰州决战看成是决定自己生死存亡关键的背水一战，因此马步芳飞回兰州后立即周密策划部署：以其战斗力最强的第82军和第129 军5 万人据守兰州；以第91、120 、幼军共2 万多人为左翼，于靖远。景泰沿黄河及打拉池地区进行防御；以新成立的骑兵军2 万人为右翼，控制临挑、排沙地区。妄图依据兰州天险及外围的强固工事，组成其自以为是“攻不破的金城”防线，先挫解放军锐气，然后以宁马和胡军双攻解放军侧背，形成正面顽抗和两翼包抄之势，歼灭解放军于兰州一带。同时还急调其驻新疆的部队增援兰州，并一再致电国民党中央政府，要求在会战期间派强大机群助战，志在必胜。
当时的兰州只有18万人口，国民党军却有8 万人，可以说就是一座杀气腾腾的兵营。
兰州会战在即，马步芳心慌意乱。权衡形势，决定把决战交给儿子马继援指挥，自己跑回青海老家，部署西宁防御，一旦兰州失守，好有个落脚之地，不得已时也好乘机逃走。他这一走，兰州的阵脚乱了，军心不稳，民心惶惶。
8 月上旬，马继援令各部日夜加强工事，进行战斗准备。
黄河北面，沿河布满了工事，架起机关枪和大炮，机枪射手和炮兵日夜守在机枪和大炮的旁边，连吃饭也是送到工事里。士兵们穿着肮脏的衣服，头发半尺长，毛发卷在一起好像破毡片，活像一批流放的囚徒。他们在军官的呵斥逼赶下，日夜不停地沿河挖工事，垒沙袋，一个个脸色灰黑，面无血色，精疲力尽，一边干活一边打盹，处于半醒半睡的状态之中。军官们手里抢着马鞭，看到打吨的士兵，不由分说就是一顿抽打，直打得遍体鳞伤，血流不止方才住手。他们一边打骂，一边威胁说：“你们这群懒鬼！不赶快修工事，解放军来了，把你们抓住全扔到黄河里去！”
巡逻的马队日夜沿黄河奔跑，这一群刚过，那一群又来，穿梭往返，使战前的紧张气氛更加浓重了。
兰州城里的官僚绅士们，一见形势不好，便用马匹车辆将家中金银细软一应运往黄河北面，准备向新疆奔命。黄河穿兰州古城而过，连接南北两岸的只有一座铁桥。弹药粮草，士兵马队，南来北往，一座本来并不宽的大铁桥已经拥挤不堪，加上地方绅士搬运家当，使得铁桥上经常发生堵塞，动刀动枪的械斗时有发生。仗未打响，铁桥上已是血迹斑斑了。
马继援听到铁桥堵塞影响军事行动的报告后，当即传下一道命令：“把铁桥封锁起来，实行军事管制！除了部队行动而外，谁都不准过！如果有人敢胡来，格杀勿论！”铁桥被军事管制后，官吏绅士们毫无办法，只得花钱雇用筏客，用羊皮筏子和大小船只搬运物品。黄河河面上，一片混乱。沿河上下，士兵们趁机抢劫掠夺，大发横财。
马继援得到消息。气得大发雷霆，下令沿河部队把黄河封锁起来，发现船只和羊皮筏子，一律击沉！于是，黄河被封锁了。
官吏绅士们无奈，又到处挖地窖，把金银财宝埋在土里。
兰州城内更是一片混乱，大街小巷挤满了士兵、商贩和市民。人们互相打探消息，一个个惊慌失措，想跑无处跑，想躲无处躲，顾了身家性命又怕丢下妻子儿女，一时乱挤乱窜，不知如何是好。一些平日里倍受马家军欺压的百姓，表面上也很紧张，内心里却为解放军即将攻打兰州暗暗叫好，他们盼望着战斗赶快打响，好让百姓们早日脱离苦难。
兰州南面的东岗坡、皋兰山、沈家岭和狗娃山一线阵地上，马继援的嫡系部队进驻这一带阵地后，比黄河北岸的国民党军队更加紧张。因为这里是解放军进攻的第一线阵地，因此马继援更加注重城南山地防御工事的进一步加固。他一面令守山头阵地的部队日夜加固工事，一面派后勤部队首先保证南山一线阵地的军火物资供应。沿南面的山坡，汽车载，马车拉，人扛马驮，满山坡的大路小道挤满了负重的人马和车辆，粮草弹药源源不断地运送到南山工事里。
进入南山阵地的马家军官兵，尽管知道山上工事是钢筋混凝土浇灌出来的永固性工事，但心里仍然不踏实。眼见得解放军千里追击，沿途数次交锋，直逼兰州城下，只觉得这支劲敌实难对付。因此，他们日夜加固工事，除了原有的工事外，还在漫山遍野新挖新修了各式各样的堑壕和掩体。东起东岗坡，西至狗娃山，几十里长的山岭上，被马家军官兵挖得沟沟坎坎，千疮百孔。
马家军官兵虽然表面上凶猛强悍，摆出一副坚守阵地、与解放军拼死一战的架式，其实内心十分恐慌，人人都担心阵地失守，落得个葬身土丘的下场。
兰州南山以南的解放军阵地上，也是夜以继日地做着攻击准备工作。解放军指战员都明白，兰州战役将是一场你死我活的攻坚战。马家军北依黄河天险，南据东岗坡、皋兰山、沈家岭、狗娃山一线的高山峻岭，又有坚固的工事居高临下，再加马家军弹药充足，以逸待劳，要从山下攻上去，拿下这一线数十里长的山地工事，扫清兰州市南面外围的障碍，为攻人兰州古城捣毁马步芳父子的巢穴打通道路，并不是一件容易的事情。说真的，能不能攻下南山阵地，指战员们心里的确没有十分把握，彭德怀用望远镜观察了马家军的南山阵地后，脸上本来就严肃的神情更加冷峻了。他对一举攻下马家军南山阵地能否成功，从来没跟任何人提起过。他本来就是一个寡言少语的人，对这件事情就更不吐露真情了。
8 月21日拂晓，解放军发起试探性攻击，外围阵地的炮声震撼着沉寂的山峦，古城岭上硝烟弥漫。
第65军第193 师第579 团在马架山南麓卜家路口一线，率先向敌主阵地古城岭发起攻击。指战员们迅速通过火力封锁区，冲到敌人的阵地前。先头分队进入雷区时，踏响地雷，引起航空炸弹和周围地雷的连锁爆炸，后续分队毫不停留，继续前进，越过铁丝网冲至第一道外壕。
趁我先头部队立足未稳之机，近百个敌人突然从侧翼蜂拥而出。他们光着膀子，挥舞着鬼头刀，嚎叫着向战士们冲来。战士们甩出一排手榴弹，把敌人压了下去。
稍停，这些亡命徒又狂叫着“死了升天”，继续冲上来。三营的战士们勇猛地端着刺刀迎上去，与敌展开了激烈的白刃格斗。刚刚把敌人第一次反扑打下去，另一群又从两翼包抄过来这样激战到9 时，尚未突破敌前沿，师长郑三生下令暂停攻击，重新组织战斗。
第二次攻击仍未奏效，战士们带着满身血污撤退下来。两次攻击没有成功，伤亡较大，部队很憋气。
16时，发起第三次攻击，当部队冒着密集的火力冲到第一道外壕时，又有战士触雷牺牲，也有跳进外壕的战士被木尖桩扎伤。与此同时，敌人又开始以一个排至一个多连的兵力连续反扑由于敌人居高临下，工事隐蔽，火力突然密集，而我进攻正面狭窄，地形暴露，不便运动，也不便发挥火力，因而进展缓慢。部队虽然伤亡较大，但士气高昂，战士们前仆后继，反复拼杀，终以血的代价夺占了敌人第一道外壕。又一鼓作气，突破敌人第二道外壕。接近第三道外壕时，终因敌人反扑猛烈，无法立足，退回到第一道外壕。
激烈的战斗持续了一天，进攻部队像钉子一样牢牢地钉在第一道外壕阵地上。
沈家岭和狗娃山是两座山梁，位于兰州西南10里左右，两山相连。山梁的西侧，是临（挑）兰（州）公路，直通兰州西关。沈家岭的东边，是阿（干镇）兰（州）公路，再往东便是更高的皋兰山。婉蜒的公路夹在两山之间。沿公路北出谷口，便是兰州西关。扼守沈家岭与狗娃山，居高临下，可截断两条公路。如果解放军拿下这两处高地，沿着公路能直捣西关，切断黄河铁桥，将敌人从四面围困在兰州城内，关起门来打狗。
站在解放军的阵地上，由南向北望去，沈家岭的形状酷似葫芦柄，伸向解放军进攻的方向，易守难攻的狭窄地带设有难以跨越的横沟障碍，沟前还有密密麻麻的布雷场。要突破这样的地形和障碍攻击敌人的阵地，难度是可想而知的。
攻击沈家岭的突破口很难选择。两侧山高谷深，坡陡崖峭，不仅无路可走，而且受到东西两面火力夹击，无法突破。惟一的办法就是正面硬攻。但这个葫芦形的阵地，简直像个缩头的刺猖，要拿下它非常棘手。
沈家岭阵地，与守兰州之敌存亡与共，战略地位十分重要。马继援曾得意地将这个阵地称为“兰州金锁”。他以其精锐主力第82军的第190 师防守沈家岭和狗娃山，以主力第129 军的第357 师防守七里河、小西湖沿黄河通往西关的狭长公路，另派第129 军一部驻守华林山，控制通往兰州西关的惟一通道，作为第二道防线。
攻打沈家岭和狗娃山的第4 军，在强有力的炮火轰击之后，于拂晓6 时，向沈家岭、狗娃山守敌发起了一次又一次的进攻，打得十分顽强，但一次又一次的冲锋连续受阻，伤亡很大。
敌人凶残顽固，拼死组织反扑。
鏖战激烈，双方打成了对峙的局面。
皋兰山的主峰营盘岭，是兰州南面的屏障，从兰州内城有公路直通峰顶。各种火炮、弹药及其他作战物资，均可由汽车直接送到阵地上。山上的工事，早在抗日战争时期，国民党以一个工兵团的兵力，外加3000民工，整整修筑了半年多。尔后，马步芳又派一个工兵营，还有数千民工，又加修了3 个多月。主阵地以钢筋水泥明堡与暗堡，构成核心的集群工事。围绕主阵地三营子这个山梁，自上而下有环形峭壁三道，每道高约二至三丈，峭壁外挖有两丈多宽的外壕，外壕内外两面均设有铁丝网，并布满了小型航空炸弹，每枚炸弹重30磅，炸弹与不同型号的地雷连接成梅花式连环雷，踏响一个，连响一串，马匪称之为土飞机。整个阵地上，明碉暗堡的火力组成交叉火网，并以可容纳两个营兵力的地道相互串通。敌人的这种工事，既能打，又能藏。
营盘岭左有狗娃山、沈家岭，右有马架山守敌的火力支援，形成了一个完整的火力体系。如果解放军攻占了营盘岭，就可以居高临下，轻重火器可直接控制兰州整个市区和敌人惟一的退路黄河铁桥。
马继援派精锐主力第248 师扼守营盘岭。他有恃无恐地吹嘘道：“营盘岭是牢不可破的铁阵，是固守兰州的南大门，如果共产党能攻破它，我便自动撤出兰州。”
主攻营盘岭的第6 军部队于全线攻击开始的前夜，利用黑夜，沉着机警地接近敌人阵地。敌人做梦也不会想到，在他们阵地前沿几十米的崖坎下，潜伏着成百上千的解放军战士。
拂晓时分开始攻击。一阵猛烈的炮火之后，部队分两路直扑营盘岭，经过激烈战斗，伤亡很大，攻击受阻。担任主攻部队的炮火只摧毁了敌人暴露在前沿的工事，未能彻底摧毁暗堡。当炮火转移时，躲在狗洞里的敌人又钻了出来，拼命用火力拦阻，使我担任爆破的分队难以接近崖壁，无法实施爆破，部队伤亡较大。担任助攻的部队正面受到敌人阻击，地形不利，在运动中又受到三营子和马架山两面火力的射击，伤亡也较大。
激战整整一天，全线侦察性的攻击均未奏效，部队伤亡较大，首战受挫。这说明当面敌人并非一群草包，一堆豆腐渣。
黄昏，彭德怀下令：全线停止攻击。
这是一野进军大西北第一次、也是惟—一次战事失利，在几十里长的战线上，用大兵团发动全面攻击，反复冲杀，整整打了一天，竟然连敌人一个缺口也没撕开。这的确证实了毛泽东和彭德怀事先的估计：马家军特别是马步芳所部，是战斗力较强。较难啃的一块硬骨头；兰州是马家军志在死守的一座坚城。因此应对困难估计够，切不可轻敌。
彭德怀立即向毛泽东报告了首战受挫的情况。从早到晚一直在渴望中等待着兰州战役的消息、迫切希望彭大将军能在西北大战中再创军事奇迹的毛泽东，得到彭德怀的报告后，经过一阵沉思，立即回电彭德怀：首攻受挫，需要认真总结一下，找出教训，彻底克服轻敌情绪，进一步充分准备，待部队攻击确有把握时，再与敌较量！
发出电报后的彭德怀，一直在思考失利的原因：是攻击的位置选错了，还是投入的兵力不足，或者是炮火准备不足，抑或部队有轻敌情绪？认为还是准备不充分，有些轻敌了。
接到毛的回电，反复细读三通后，彭德怀下令：“在部队上下进行一次全面总结，总结首攻受挫的经验，寻找教训，彻底克服轻敌情绪，轻装上阵，准备再战！”
彭德怀立即开始与兵团及各军、师指挥员交换意见，布置总结经验教训和再战的准备工作，并亲自到各级战斗指挥所以及前沿阵地视察，就地召集指挥员座谈，作深入细致的思想和组织工作。在短短的三四天内，他走遍了所有前沿主阵地，看遍了所有的主攻部队，给全军上下很大的促进和鼓舞。
经过三天的总结研究，在首攻外围战中摸清了敌人的指挥系统、工事设施。兵力部署和火力配合等情况，调整了作战方案，作了充分的准备；在思想上认识到马匪军孤注一掷死守兰州，是强手死敌，丝毫不能轻视。知己知彼，首攻受挫的憋气一变而为高昂的战必胜的豪情，指战员个人及营、连、排、班集体纷纷请战，争当突击队。
万事俱备，只待东风。此时，毛泽东代表中央军委来电指示：集中兵力，充分准备，继续进攻，攻克兰州，坚决歼灭青马。同意8 月25日发起总攻。
西北战场上最大最激烈的兰州攻坚战打响了。
8 月25日拂晓，在兰州东南面几十里崇山峻岭的战线上，在同一时刻，万炮齐鸣，震天动地，火光冲天，杀声震撼着山城和黄河两岸，马匪军颤栗了！