解放軍的攻勢如水銀瀉地一般，勢如破竹、攻城拔寨，被圍困在孤城的胡宗南覺得自己已經處於危機邊緣，於是瘋狂鞏固自己的勢力進行防禦，同時在西安城內實行高壓政策。
西安當時總共有50多萬人，而憲兵、特務、警察等加起來就有5萬多人，西安當時被白色恐怖籠罩着。學生如果要進步、要和平、要民主，不是被打壓就是被逮捕，甚至直接送到玉祥門外槍斃。
同時，經濟情況也非常惡劣，國民黨發行的金元券，一天三漲，民不聊生。而胡宗南爲了養活他的軍隊，不僅搜刮錢財還搜刮糧食，導致老百姓即使有錢也沒有糧食吃。
除此以外，胡宗南還要擴充兵源。他在西安宣揚遷校，說西安現在不安全，要把各個大學都遷到漢中去，其目的是想把正值二十歲左右的學生當作他的兵源。
當時國民黨的政策是，即使要撤出也要給共產黨留一個爛攤子。國民黨認爲共產黨可以打天下，但治不了天下，留下爛攤子，不久共產黨就會自行垮臺。所以國民黨給西安城內的很多重要設施都安上了**，一旦共產黨入城，就會引爆**。
當時胡宗南撤出西安時，留下了一大批人在城內繼續搞破壞，不光是軍事上的破壞，還有社會民生，經濟秩序各個方面，幹些殺人放火，擾亂社會秩序的事。其次，還要把城市內關鍵的部門破壞掉，比如電廠、麪粉廠、紡織廠等等。這幅“破壞圖”也被作爲範本，迅速傳遍被國民黨控制的各大城市。
趙繼統拍照後通過重慶地下黨傳給了黨中央。第一野戰軍司令員兼政治委員彭德懷研究後發出向西安進軍的命令，5月20日拂曉人民解放軍強渡渭河。渡過渭河後，49團經禹王堡、好漢廟首先逼進西關；46團穿過鐵路直插南門；48團在46團配合下佔領了敵飛機場。
西安地下黨代表王超北等趕到機場迎接解放軍，兩條戰線的戰友相會時，地下黨轉達了一個緊急情況：獲悉胡宗南逃跑前制定的破壞計劃，派了一個工兵排要炸燬發電廠和重要工廠。
46團二營奉命保護電廠，於是全營戰士跑步趕去，在工人護廠隊配合下，全殲敵人工兵排，繳獲了大量黃色**，挫敗了敵人的陰謀。
50團渡過渭河後，迅速攻下三橋鎮，發現鐵路上停着一列火車，一位姓王的老司機聽說解放軍要進軍西安，自告奮勇爲軍隊開車。劉光漢團長命令二營和三營上車，將槍炮架在車廂頂上。車到火燒壁，遇到從渭河南岸潰退的一股殘敵。緊急剎車後，戰士們迅速跳下火車，衝殺過去，很快殲滅了這股敵人。
到了西安車站後，看到車站上有幾百名敵軍士兵正在搶運物資，戰士們發起攻擊，很快佔領了車站。接着又奪下北門，部隊沿着大街衝到市中心鼓樓，正好和從西門攻入的49團會合。
49團此前攻到西門時，西門緊閉守衛森嚴，爆破手引爆**包將城門轟開，戰士們一氣衝上城牆，守在城樓的西安民衆自衛總隊急忙報告副總隊長閔繼騫，閔是地下黨安插的人，他下令停止抵抗，維持好秩序。隨後民衆自衛總隊接到起義通知，共同消滅西安敵軍。
46團從南門攻入市區。駐守在西安的國民黨軍隊，在解放軍從四面八方攻入城後，有的被殲滅了，有的繳械投降，有的投誠聽編，有的倉皇逃命。
國民黨嫡系十七軍一部被殲，餘部逃入秦嶺山區。一野六軍十七師四十九團強渡渭河後，一路追擊殘敵逼近西關，敵自衛總隊放棄抵抗，主動打開城門，迎接解放軍進城，讓屹立了數百年的西門—安定門，免於炮火的摧殘。
放軍“不費一槍一彈”順利進入西門，進城後，西安人民羣衆有的高舉紅旗，有的手捧茶水，擁立在街道兩旁歡迎軍隊。一羣羣學生更是高呼口號，向解放軍表示熱烈的歡迎和敬意。
由此人民軍隊長驅直入，如入無人之境，自咸陽強渡渭河到佔領鐘樓市中心，僅用了6個多小時，斃、傷、俘國民黨軍1274人，繳獲各種槍械1973枝，高射炮、山炮等21門，各種彈藥91萬餘發以及大批軍用物資。
同時，人民解放軍收編陣前起義的西安市民衆自衛總隊、西安團管區司令部和榆林國民黨第二十二軍的新兵總隊共約6400人。
西安解放後，蔣介石非常惱怒，命令胡宗南和馬鴻逵、馬步芳一起奪回西安。胡宗南也後悔自己跑得太快，丟了西安吃了大虧，積極拉馬家軍反攻。
6月初組織了11個師的“援陝兵團”，夢想奪回西安。六軍按照第一野戰軍司令部的部署，把西安防務交給了剛從華北調來的一八二師，主力於6月11日抵達禮泉，和兄弟部隊一起抗擊胡馬軍隊。
在西蘭公路的唐王陵以西王家堡截擊馬軍八十二軍，斃俘敵二十四師師長韓有祿以下2000餘人。
之後爲誘敵深入又東撤到石橋、王橋地區，敵人尾追不捨，二軍趁機在眉縣以東全殲敵一六五師師長孫鐵英以下2000餘人。
6月11日青海馬繼援帶大隊騎兵衝向咸陽，彭德懷派剛從山西趕到的華北兵團181師前去阻擊，181師師長派偵察班前進偵察，走出二十里遭遇敵軍，爲給181師爭取修築工事時間，偵察班除派一人回師部報信外，其餘十幾人就地抗擊兩個多小時全部英勇犧牲。
181師指戰員義憤填膺，當馬繼援騎兵衝到咸陽時，解放軍猛打猛殺，敵軍丟下幾千死傷兵員狼狽潰逃。
到6月下旬，第一野戰軍各部殲敵13000餘人。
6月中旬，華北十八兵團勝利進入西安；6月底，十九兵團到三原、涇陽地區集結。但胡馬軍隊仍不甘心，7月初胡宗南把四個軍佈置在渭河南北的扶風、武功、眉縣地區，與馬家軍遙相呼應，布成口袋陣勢，妄圖待我主力西進時，東西夾擊聚殲我軍。
彭德懷看透敵人陰謀，決定向西進軍，殲滅胡馬，轉戰甘寧青新，解放大西北。
不久野戰軍就打破了胡馬口袋戰術，發動了扶眉戰役，一舉消滅胡宗南主力四個軍三萬餘人，解放了八百里秦川。
寧、青馬軍見勢不妙向蘭州倉皇逃去，準備固守蘭州，胡宗南順着嘉陵江向南逃命。咸陽阻擊戰和扶眉戰役的勝利，徹底粉碎了胡馬奪回西安的美夢。