1936年底，董振堂率领红五军首先攻占了临泽县县城，城内守敌仓皇而逃。部队休息几小时后，他又率领四十四团、四十五团、骑兵团(辖三个连)和特务团(辖三个连)，总计3000多人，于次日凌晨离开临泽，一举攻占了甘肃西部的高台县城，除一个骑兵加强连闻风而逃外，民团1000余人全部被俘，各种武器弹药都被缴获，反动县长和县政府的所有官吏均被生擒。

　　进占高台后，董振堂立刻领导大家宣传党的政策，发动群众，斗争恶霸，并在县城文庙广场上召开了斗争大会。会上，当场逮捕了大恶霸王天佑、卢怀植和国民党县党部书记长王兆德。董振堂在会上讲了话，他号召群众起来闹革命，求解放，支援红军。会后，分了卢怀植的当铺，并打开卢等的粮仓给群众分粮。紧接着，红军又帮助人民群众组织抗日人民政府，成立贫协委员会，组织当地青壮年成立抗日义勇军，将愿意接受改编的民团编人红军。

　　正当高台人民欢庆胜利的时候，马步芳派马彪、马禄、韩起功等率5个骑兵旅、两个步兵旅和炮兵团、民团约两万多人包围高台，切断了红五军与临泽县城的联系，并以一部分兵力钳制倪家营子地区(张掖县)的红军主力，企图消灭红五军。

　　当时，敌人占据着大片地区，有后方，有补充，西路军则没有根据地，群众基础差，无后方，无补充，人员伤亡一个就少一个，子弹消耗一发就少一发，种种条件对西路军非常不利。狡猾的敌人抓住西路军这个弱点，采取各个击破的战法，集中主力猛攻高台。为了对付敌人的进攻，董振堂立即动员全城军民加强城防。大家把木箱、木柜抬到城墙上，填上沙土，泼水结冰，使城墙加宽加高。城内所有的铁匠，不分昼夜地锻造大刀、长矛，以补充武器弹药的不足。董振堂还把城内分为若干防区，分别派兵固守。

　　1937年元月5日，敌人开始向城内射击，形势一天天紧张起来。

　　从元月12日起，敌人调集8倍于守城红军的兵力，接连不断地向高台城发起猛攻。先是用炮火轰击城墙，打开缺口后，就抬着云梯，挥舞马刀，向城墙拥来。守城的红军战士同敌人在缺口上拼刺刀，反复冲杀，直到将敌人打退。像这样的冲杀，一天有许多次。一到夜间，红军战士就忙着修补缺口，以利天明再战。

　　高台城墙实为一个大土围子，高不到两丈，顶上又窄，很难组织火力。守城红军在人力和弹药方面都遭受了很大损失，形势越来越严重。女同志、炊事员饲养员和机关人员都上了城头，没有子弹，就用大刀枪刺同敌人拼杀，有的红军战士用石头砸、用手抓、用牙咬，还有许多受了伤的同志，抱住敌人，滚下城头与敌人同归于尽。董振堂深知处境的严重性，准备在必要时组织力量突围。但就在这时，接到政委黄超派人送来的一封信，说总部命令，一定要紧守高台。于是，董振堂立即在东城的天主教堂召开营以上干部会，命令大家：“坚决守住高台!我们人在阵地在，誓与高台共存亡!”

　　元月18日，敌人将西关的民宅院落的墙壁全部打通，又一次大规模地向红军发起进攻，但仍被守城红军击退。

　　19日上午，形势危急。董振堂带领50多名干部战士，举起拳头，庄严地向党宣誓：“我们要流尽最后一滴血，战斗到底!”

　　元月20日凌晨，敌人倾其全力，再次冲上城墙。守城战士浴血奋战，用最后的手榴弹及石头、瓦块同敌人进行殊死的争夺和厮杀。正在紧张搏斗的时刻被收编的民团中的少数坏分子乘机打开城门，敌人像疯狗一样拥进城内。经过八天八夜的激战，高台城论陷了。

　　董振堂带着两个警卫员和一个司号长，从东门以北的城墙上逃出去。敌人围上来，他因左腿负伤，半跪在地上，手使双枪轮番向敌人射击。最后，子弹打完，壮烈殉职。