1935年10月，中央红军到达陕北，与陕北红军胜利会师，这对一年多来不遗余力围追堵截红军的蒋介石来说是一个巨大的威胁。
10月28日，国民党决定重新调整“围剿”部署，以东北军5个师的兵力，分别由鄜县(今富县)、合水东西同时出击，企图乘红军立足未稳，围歼中共中央机关和红一方面军于洛河以西、葫芦河以北地区。
毛泽东、周恩来、彭德怀等领导人全面了解、认真分析了当时敌我双方的情况，认为敌人新的进攻形势严峻。敌军兵力3倍于红军，如果让敌人形成合水至鄜县、鄜县至延安的东西、南北封锁线，敌人对陕甘苏区的第三次“围剿”则不易打破，现有的苏区也不能巩固，中共中央在陕甘苏区立足将更加困难。为此，毛泽东和中央军委领导决定，抓住葫芦河这一战略枢纽，集中全军大部分兵力，力求歼灭沿葫芦河东进敌军的1到2个师，再视情况转移兵力逐个歼灭敌人，打破敌人的“围剿”。
“知己知彼，百战不殆。”掌握敌情，是排兵布阵的重要依据。这次敌方参战的主要兵力是张学良的东北军。11月初，毛泽东在甘泉县召开会议，发表著名的雪地讲话。他在会上特别强调，要彻底粉碎敌人发动的第三次“围剿”，使革命大本营扎根在陕北。为此，他亲自主持召开了军事会议，部署直罗镇战役，决心打一场歼灭战。
11月19日，按照毛泽东指示，红一方面军司令员彭德怀、红一军团军团长林彪、红十五军团军团长徐海东等率领部下从各自驻地前往直罗镇。他们登上直罗镇周边的多个山头，仔细察看道路、山岭、村庄、河流，结合地形地势，研究作战部署，最终确定了具体作战方案。
自察看完地形之后，红军战士们对直罗镇周围地区有了直接认识，增强了胜利的信心，个个摩拳擦掌，积极请战。毛泽东在部署直罗镇战役时明确提出要打歼灭战，在总攻发起前又亲自给彭德怀打电话说：“一定要打歼灭战!要的是歼灭战!”毛泽东之所以三次发令要打歼灭战，正是为了通过直罗镇一仗，真正地打痛东北军，为以后做东北军的统战工作埋下伏笔。
根据部署，红军兵分两路，在直罗镇附近埋伏，红一军团在直罗镇东北的石咀、凤凰头、姜家川、魏家河地区集结，然后进入直罗镇北边山岭，准备由北向南打。红十五军团在直罗镇东南的张村驿、桃花砭地区集结，进入直罗镇南边山岭，由南向北打;另有红十五军团的一连兵力提前在直罗镇西边小山上监视、引诱敌人进入红军伏击圈。
11月20日，东北军第一〇九师师长牛元峰带领部队在6架飞机的掩护下，从黑水寺沿葫芦河直闯直罗镇。这时，担任诱敌任务的红军同敌军的先头部队正面交锋，交火之后边打边退，故意示弱，牵引着牛元峰部队往直罗镇跑。同时有意识地派出游击队和小股部队四处活动，引诱敌人上钩，使其钻进“口袋”。果然，这些东北军误认为红军抵挡不住他们，更加的趾高气扬，一直追到直罗镇。
牛元峰得意洋洋，认为自己“旗开得胜”，马上向总部和军部报捷，声称已占领了直罗镇。就在“占领”直罗镇的电报发出，牛元峰的部队官兵进入梦乡时，毛泽东等领导人见“牛”乖乖进入了“口袋”内，立即下达作战命令。
11月20日晚，两路红军按照作战命令，趁着夜色急速隐蔽行军。进入直罗镇地区后，红一军团沿北面山岭，红十五军团沿南面山岭，于拂晓前神不知鬼不觉地进入预定位置，包围了直罗镇。英勇的红军战士穿着单薄的衣服，趴在冰天雪地的山岭中，等待战斗打响。
11月21日拂晓，红军总攻的时刻到了，埋伏在南北两边山岭的红军以锐不可当的攻势，像两只铁拳从两面高山上砸了下来。敌人虽有些戒备，却没料到红军如神兵天降来得如此迅速，当他们发觉被包围时，直罗镇两边山岭上已全是红军部队。11月23日夜，牛元峰眼看救援无望，便趁着夜黑率残部向西逃跑，红军战士紧追不舍，追出20多里歼灭了全部敌人。
直罗镇战役，从1935年11月21日正式开始到全面胜利结束，歼灭敌人一个师又一个团，共计俘虏敌人5367人，击毙击伤敌人1000多人，阻击溃退敌人3个半师的兵力，缴获枪支3500多支、轻机枪176挺、迫击炮8门、刺刀1359把、子弹22万发、无线电台两部、战马300匹以及其他军用物资。
直罗镇战役是自红军长征以来，组织的第一次进攻性战役。毛泽东对于这场战役给予了高度评价，他认为直罗镇战役为党中央把全国革命大本营放在西北的任务，举行了一个“奠基礼”。(记者 郭妍)
