1936年12月28日，山丹突围后，红五军军长董振堂带着队伍向张掖城方向挺进，途径太平堡、哈寨子、高升庵、张掖城北过十里行宫、谢家湾向黑河接近。董军长和黄政委向从山丹县大马营出发沿祁连山北麓西进的西路军总部请求派南路主力一部策应配合五军抢渡黑河。徐向前、陈昌浩、李特回电，将派骑兵师向张掖县东南部二十里堡方面佯攻，以吸引马敌注意力向甘州城东南方向。

    当天晚上，甘州城内国民党官员们慌了神，一个多月前逃来的永昌县县长又带着随员向城以西八十公里外的高台县城去躲避。远在西宁的马步芳鉴于一个半月前凉州城兵力单薄冒险的教训，在严令马元海、马朴、马彪分路围追堵截的同时，让100师300旅旅长韩起功集中兵力死守甘州城。韩起功立刻命高台城和临泽城的各部紧急赶来集结甘州城，集中全旅三千四百士卒和张掖县民团一千多人固守。然后，严格盘查进入城门的人员，以防红军侦探和先遣人员潜入。凡是外来者，若在城中无相识者作保，则拘留审查。当他得到红军进攻二十里堡的消息后，只派民团出城前去参加围堵。三个小时后，民团刚与五军接火，便有十几人伤亡。初经战阵的团丁们见死人流血，个个呆若木鸡，不知所措，待再次命令向前攻击时，纷纷畏缩踌躇，长官见此状况也心虚胆怯，没有强迫硬行冲锋。韩起功得到已与红军接火交战的报告后，认为已达到执行马元海命令的目的，仅凭民团绝对抵挡不了红军的进攻，便下令撤回甘州城。还在永昌城的马元海发现九军沿祁连山北麓西进的动向后，立即向西宁报告说，红军有进攻民乐的模样。马步芳赶忙到地图前观看，唯恐红军明后日进入民乐后从靠近甘青两省交界的扁都口穿过祁连山，进入青海省北部抄他的后路，便又给韩起功发电，让他急调民乐县民团设防，堵截红军进入扁都口北端，又电令在八宝二寺滩(今祁连县)的保安骑兵第5团布哈公部和第6团南木卡部急驰扁都口南端防守。

    次日凌晨，韩起功得到二十里堡的五军又转向西北的消息后，以为红军声南击北，要来攻击甘州城，便下令四门紧闭，隔断内外联系，步兵所有人马登上城墙，数百骑兵作为预备队机动待命，他则登上甘州城内的最高点万寿寺木塔，用望远镜观望四周。不久，他得到黑河桥守兵急报，称红军已绕过城东北奔向黑河桥下游的渡口方向。这时韩起功才恍然大悟，幸亏没有让民团陷在二十里堡。他急命数百骑兵急驰乌江村附近的黑河渡口围追堵截。

    与此同时，西路军从山丹、永昌一线撤离后的总部与九军、三十军沿祁连山北麓向西开进，由三十军殿后，与尾随的敌马彪旅和韩起禄旅且战且行。徐向前、陈吕浩根据马元海主力尚在永昌、山丹的实况，命九军王树声率部相机袭占甘州城。就在五军从北面绕过甘州城的同时，西路军总部和九军也折转向北，经三堡、六坝进入张掖县境内的石岗墩，腹背受敌的韩起功，慌忙将城外兵力收缩进入城内。

    12月30日，王树声带领九军前卫团600多人和总部部分侦察人员抵达甘州城南郊。经过侦察发现，甘州城东西南北四门紧闭。城墙上每个墙垛都有持枪敌兵，防守非常严密。城东、北、南地势较低，苇溪、民房较多，只有西关地势较高，城墙相对较矮，于是九军决定在西关发动突袭。晚11时，王树声下令吹冲锋号开始攻击。而正在城内偏西北大衙门300旅司令部的韩起功听到西关报告后，抖着手说，预备队快去增援。增援的敌兵登上城墙后，火力十分猛烈。王树声见城内准备充足，便下令撤退。然后向西往黑河边转移，向明永、沙河方向前进。

    驻守甘州城的敌旅长韩起功经此一战，惊惧万分，又不知红军底细，唯恐再遭突袭，甘州要是失守，他无法向马步芳交代。于是，急忙把城外把守各关口的步兵、民团和尾追五军到沙井子的数百骑兵都召回甘州城，收缩兵力，加强防守。这给西进红军留出了休整的机会。