在全面進攻解放區受挫后，國軍改變策略，在晉冀魯豫、晉察冀、東北等戰場上取守勢，將主要兵力集中用來進攻陜北和山東解放區，并為此調動了70萬大軍，包括海軍主力和空軍。同時，為防止晉冀魯豫野戰軍渡河支援山東，國軍還在花園口將黃河合拢回歸故道，構成從風陵渡到濟南約千里的“黃河防線”。為應對國軍的重點進攻，中共方面決定繼續執行積極防御的戰略方針，力求在內線殲敵，并為此要求陜北、山東解放軍誘敵深入，集中優勢兵力，各個殲滅進犯之敵，還下令其它戰場上的解放軍根據具體情況，進行戰略性反攻。
1947年2月28日，蔣介石電召胡宗南，部署進攻延安。3月4日，胡宗南被任命為西安綏靖公署主任，并于11日在洛川召開軍事會議，決定采取鉗形攻勢圍殲陜北解放軍。此時，國府部署在陜甘寧解放區的軍隊包括胡宗南、馬步芳、馬鴻逵等部共34個旅25萬人。3月13日，國軍胡宗南部從南線的洛川、宜川地區分兩路向延安主攻，青海馬步芳、寧夏馬鴻逵和榆林鄧寶珊的部隊則分別在西、北兩線進行配合，空軍也派出了100余架飛機。當時，中共在陜甘寧只有駐有2.5萬部隊，與國軍差距懸殊，但毛澤東卻堅持不從其它戰場抽兵回援。最后，中共中央軍委決定，暫時放棄延安，并將陜甘寧和晉綏解放區的解放軍改編成西北野戰軍，由彭德懷指揮，依托已有的兩道防御陣地，在延安以南臨真鎮、金盆灣、茶坊一線阻擊國軍，掩護中共機關和解放軍總部的轉移，同時誘敵深入，將胡宗南的部隊拖在陜北。
3月18日下午，毛澤東和中共中央機關撤離延安，幾小時后，胡宗南即率軍開進，并于19日占領延安。隨后，胡宗南急于尋找解放軍主力決戰，并派兵分別撲向安塞和青化砭。當時，西北野戰軍主力集結于延安東北的甘谷驛、何家山岔和青化砭一帶，安塞只是佯動方向，因此國軍于3月24日順利占領之。3月25日，國軍31旅進入解放軍設于青化砭的伏擊圈，遭到解放軍攔頭斷尾、兩翼夾擊，首尾不能相顧，最終被全殲，正副旅長全部被俘，而西北野戰軍則在青化砭首戰告捷。
青化砭戰役后，西北野戰軍迅速轉移到蟠龍西北地區休整，而胡宗南在發現共軍主力在延安東北地區后，也立即下令整編第一軍和整編29軍掉頭向東，分兩路向延川、清澗地區進犯。3月底，國軍占領延川和清澗，但卻沒能找到共軍主力決戰；4月初，國軍又在瓦窯堡撲空，且已兵疲糧缺，不得已于4月6日南下蟠龍地區集結。4月13日，國軍主力9個旅開始向蟠龍和青化砭西北地區進犯，14日在三郎岔、李家滴哨附近遭西北野戰軍堵截，且戰且走，最后被圍困在羊馬河以北的東山和西山兩處高地。接著，解放軍采取分割手段，先攻東山，后克西山，全殲國軍一個整旅，取得羊馬河戰役的勝利。
4月15日，毛澤東提出了西北戰場的“蘑菇”戰術，指示解放軍與國軍在現地區再周旋一個月左右。4月下旬，西北野戰軍主力集結于清澗、瓦窯堡地區休整，國軍統帥部誤以為共軍主力已向綏德集中并開始東渡黃河，因此下令胡宗南于4月26日自蟠龍、永坪向綏德急進，并以榆林鄧寶珊部南下配合。此時，西北野戰軍一方面對國軍節節抗擊，誘其主力北上，一方面在黃河沿岸布置渡河假象，迷惑國軍。5月2日，國軍主力進抵綏德，共軍則在同日黃昏突襲了國軍的后方重要補給基地蟠龍。至5月4日夜，共軍全殲國軍守軍，繳獲大批糧食和軍用物資，取得蟠龍戰役的勝利。同日，胡宗南急令國軍主力回援蟠龍，至5月9日趕到時，共軍已轉移到安塞地區休整，國軍兩頭撲空。
蟠龍大捷后，國軍集聚一團，共軍一時難以找到各個擊破的戰機，于是決定出兵隴東，打擊馬步芳、馬鴻逵的勢力，然后再相機南下關中或北上三邊，調動胡宗南主力，尋機殲滅之。5月21日，西北野戰軍分三路由安塞西向隴東出擊，右路軍一舉攻克蔣臺，全殲國軍一個團。接著，中路軍攻占悅樂，左路軍在合水亦給守軍以很大殺傷，并擊潰了由慶陽出援的國軍82師。6月13日，共軍將馬鴻逵的一個師包圍于環縣，15日，經一夜激戰，攻占了主陣地王家原和玉皇山。6月16日，守軍丟棄重武器向北突圍，西北野戰軍乘勝追擊，大獲全勝。6月底，西北野戰軍揮師北上，收復了陜甘寧西北邊陲的三邊地區，至7月7日取得了隴東戰役的勝利。
1947年7、8月間，解放軍已經由戰略防御轉入戰略進攻，為了策應晉冀魯豫野戰軍躍進大別山奪取中原的戰略計劃，毛澤東于7月下旬指示西北野戰軍向北出擊榆林，調動國軍胡宗南部北上長城沙漠邊，并相機奪取敵榆林戰略要點。7月底，西北野戰軍沿大、小理河向榆林進發，8月初向榆林守軍外圍據點發動進攻，迅速掃除了高家堡、響水堡等守敵據點，直逼榆林城下。8月6日，蔣介石飛抵延安，向胡宗南面授機宜，指示將共軍壓縮于米脂、佳縣黃河邊，迫其背水一戰或東渡黃河，以收東渡而擊之效果。隨后，胡宗南急調6萬大軍分兩路增援榆林，一路沿咸榆公路兩側北上，8月15日抵達綏德，另一路經吳旗、志丹、橫山走長城沙漠地帶兼程馳援。鑒于調敵北上的目的已經達成，8月12日，西北野戰軍主動撤圍榆林，南下米脂縣沙家店西北地區待機殲敵，并制造東渡假象迷惑敵人。這時，蔣介石和胡宗南誤以為解放軍要東渡黃河，于是下令軍隊“迅速追擊，勿失此千載良機”。不久，國軍兩路并進向東封鎖了黃河，向西控制了咸榆公路，中共中央機關和西北野戰軍被擠在佳縣，米脂、榆林三縣交界的狹小地區，背靠沙漠，側水側敵，處境十分險惡。
8月17日，國軍一個旅和一個團由鎮川堡東向烏龍鋪孤軍冒進，20日拂曉在沙家店遭到西北野戰軍主力伏擊，很快即被共軍分割包圍。8月20日下午，西北野戰軍發起總攻，國軍全線戰敗，師部和兩個旅遭到全殲，旅長被生擒。在取得沙家店戰役的勝利后，中共軍隊徹底結束了國軍對陜北地區的重點進攻，改變了西北戰局，西北野戰軍也從此由內線防御轉入內線反攻。8月22日，中共陳賡、謝富治的太岳兵團從晉南渡過黃河，進入豫西，直接威脅胡宗南的大本營關中，胡宗南急忙收拾殘部于27日南撤，解放軍乘勝兵分三路向南追擊，于9月1日在清澗城北的九里山截殲敵一部，9月14日又在岔口一帶設伏，擊潰國軍兩個軍，并以銳不可當之勢，直抵延安近郊。
另一方面，1947年3月，國府調集了24個整編師、60個旅，共約45萬人，組成3個兵團，由陸軍總司令顧祝同坐鎮徐州指揮，采取加強縱深��%8
