、刘伯承、贺龙、任弼时等人的坚持斗争和中共中央的再三督促，张国焘同意两个方面军共同北上，同中央会合。
但是，张国焘仍然不愿与西方野战军即一方面军合作，想去西北边远地区独树一帜。8月22日张国焘电中共中央，提出四方面军由兰州西渡黄河，一部出宁夏中卫援助一方面军夺取宁夏，二方面军在临（潭）岷（县）一线吸引胡宗南军，任务完毕后，走陕南略阳、眉县，打通与一方面军的联络。中央将张国焘的电报转给彭德怀，征求意见。彭德怀在8月26日给毛泽东、周恩来的绝密电中说，张国焘部署的目的在于回避胡宗南，使该敌以全力对付我一方面军，破坏我作战部署。因为张国焘所谓“由永靖渡黄河抢占永堡”和“一部出中卫，援助一方面军夺取宁夏”是不可能的，只会使黄河北岸敌军戒备更严。至于所说二方面军吸引胡敌任务完毕后，走略阳、眉县，打通与红一方面军的联络，目的是使二方面军向岷县就张国焘之范，或出陕南，使之在事实上“不能与一方面军会合”。8月26日晚，彭德怀致电二、四方面军，委婉指出张国焘8月22日电报提出的行动方针“虽周到似觉仍欠完善”，四方面军西进，“虽然安全地区亦颇广大，但雪山草地无发展余地，并且脱离目前政治形势”。且四方面军不控制陕甘大道之静（宁）、会（宁）、定（西）段及其南北地区，“一方面军主力则不能南出镇原、泾川、长武协同任（弼时）、贺（龙）滞阻胡（宗南）敌”，且“我过远南出”，宁夏诸敌则“可乘虚进占盐池、定边、预旺堡诸县”。“二方面军亦不能单独久阻胡敌，在敌威胁下，不是南过汉水，必北来静会”，造成不利形势。电报最后表示完全同意中央决定的三个方面军战略行动计划，真诚希望张国焘重新和冷静考虑四方面军的行动。
这时，四方面军击破了鲁大昌新编十四师及毛炳文三十七师，攻占了漳县、临潭、渭源、通渭县等，威逼兰州。二方面军打破了王均第三军的拦阻，连克成县、徽县、两当等县，直逼天水。二、四方面军与一方面军形成了南北呼应，夹击敌人的有利形势。但是，张国焘按兵不动，徘徊于黄河、洮河之间，贻误战机，未能消灭敌人。
蒋介石为阻止三大主力红军会师，令胡宗南军队截断红军三个方面军会合的通道，毛炳文军向陇西集结；王均军向武山集结；川军孙震由川北向武都、西固一带逼进，协同青海马步芳部进攻红四方面军。同时，强令东北军、西北军向成县、风县、略阳等地区推进，围堵红二方面军；令宁夏二马和何柱国从南北两面夹击清水河以西红一方面军主力。
9月13日，中共中央和军委提出以打击蒋介石嫡系胡宗南军为主的静（宁）、会（宁）战役计划。张国焘以四方面军“在会宁地区与敌决战，西面受敌，颇为不便”为由，拒不执行静会战役计划。9月27日，毛泽东、周恩来和彭德怀电张国焘等，指出一、四方面军“合则力厚，分则力薄”，合则宁夏、甘肃两处皆可占领，分则两处均难占领，三个方面军会合将不可能。
经过中央说服和朱德、任弼时等人的坚持，红四方面军于9月底由岷县、漳县向静会地区前进。但由于推迟了会师时间，预定三个方面军协同进行的以打击胡宗南部为目的的静（宁）、会（宁）战役计划未能实现。
为迎接红四方面军北上，实现红军三大主力会师，彭德怀率西方野战军主力迅速进至西（安）、兰（州）大道以北之海原、固原地区。10月2日凌晨，十五军团特别支队潜入会宁城内，全歼守敌。接着十五军团七十三师进驻会宁城，在城外构筑工事，准备迎击敌人。
10月8日，红四方面军先头部队到达会宁东南的界石铺，与红一方面军红一师、红七十三师会师。翌日，朱德、张国焘、徐向前、陈昌浩率红四方面军总部和第四军、三十一军开进会宁城，受到红一方面军指战员和当地群众的热烈欢迎。
10月10日，古老的会宁城红旗飘舞，气象一新。红军在会宁文庙前举行庆祝大会，会上宣读了中共中央、中央工农政府、中央革命军事委员会联名发出的贺电，两军将士欢呼声响彻全城。一、四方面军自1935年9月在泥泞的草地上分手，经过一年的艰苦奋斗，又在黄土高原上会合了。两军战友悲喜交集，按不住激动的心情，互相问候，互相拥抱。
这时，红二方面军遵照中央和军委的指示，于10月4日向北移动，夺路前进，渡过渭水，越过西兰大道，又经过lO多天的艰苦行军和奋战，于22日到达静宁以北的将台堡，与红一方面军第二师会合。至此，三大主力红军胜利会师，中国工农红军胜利地完成了1934年10月开始的战略大转移。中共中央祝贺红军会师说：这在“国内政治关系上，将要起个决定的作用”，势将推进抗日民族革命战争新阶段的到来。作为西方野战军统帅的彭德怀，对红军三大主力会师格外欣慰，但他无暇和三军将士共享这经历无数险阻而取得的胜利的欢悦。
10月23日，彭德怀同徐海东在打拉池与朱德、张国焘会晤，以商决下一步夺取宁夏的作战计划。蒋介石对红军三大主力会师，惊恐不安，急调10几个师的兵力追击红军，分别由东、南、西3面向静宁、会宁地区疾进。
鉴于敌情变化，彭德怀于10月29日请示军委毛泽东、周恩来，提出3个方面军主力协同作战，集中力量，在海（原）打（拉池）消灭胡宗南1至2个师，迟滞毛炳文、王均部的部署意见。这一计划如果实现，可扼止南面敌人进攻的势头，为实现宁夏战役创造条件。
毛泽东同意彭德怀29日的作战部署。30日，红一方面军6个师，红四方面军第三十一军准备从东西两面歼灭胡宗南先头部队一至两个师；其余部队钳制毛王二部。当两军临战关头，张国焘命令四军和三十一军后撤，使一方面军完全暴露在胡军面前，破坏了彭德怀的作战部署，战役计划落空。接着，张国焘又贻误了在海原与同心城之间击敌的作战部署，使诱歼胡军一部的目的未能实现。而胡军则得机进至靖远、打拉池等地，打通了增援宁夏的道路。红军夺取宁夏的战略计划被迫中止，不得不放弃预旺以西的大块土地，丧失了控制西兰公路以至甘肃全省的时机。
为排除张国焘对作战指挥的干扰，中共中央军委在11月15日授权彭德怀，并下令红军“一切具体部署及作战行动，各兵团首长绝对服从前敌总指挥彭德怀同志之命令。军委及总部不直接指挥各兵团，以便适合情况不影响时机地战胜敌人”。同时指出：“目前中心是打破敌之进攻，然后才能开展局面”。
为诱敌军东进，寻机歼敌，红军开始由同心城、王家团庄、李旺堡之线东移，经过几日行军，红一方面军进至预旺东北地区待机。红四方面军四军、三十一军分别进至红城水、萌城、甜水堡地区待机，红二方面军进至环县地区。这时，胡宗南第一军在攻占同心城后，错误地认为红军不堪一击，十分骄横，急向东进，将所部分成 3路追击红军。
11月18日，红军一、二、四3个方面军领导人联合署名发出《关于粉碎蒋介石进攻的决战动员令》，号召一、二、四方面军全体指战员“服从命令，英勇作战，克服困难，并准备连续战斗”，“不怕疲劳，勇敢冲锋，多捉俘虏，多缴枪炮”，粉碎敌人的进攻，开展新局面，作为3个方面军会合于西北后赠给苏区人民的第一份礼物。
当日晚，周恩来由陕北亲赴前线河连湾，代表中共中央热烈欢迎和慰问红二、四方面军。在彭德怀的要求下，周恩来暂留前方，同彭德怀一起指挥作战。
彭德怀根据军委指示精神，于11月19日赶赴陕甘两省交界甘肃境内的山城堡前线。这里川源相交，沟壑纵横，地形复杂，便于大部队设伏。山城堡住户很少，却有一股笔孔大的、在这干旱地区难得的泉水。彭德怀预计胡宗南军为得到饮水，非到此地不可。随即召开前敌总指挥部会议，拟定山城堡作战部署。当日，各部迅速到达指定地点，就地构筑工事，隐蔽待机，群众坚壁清野，封锁消息，军民协同，布下阵势，准备打击深受蒋介石倚重、一贯骄横的胡宗南的第一军七十八师。
11月20日，胡军七十八师果然开来，占了山城堡，翌日放胆向东进攻，红军突然发起攻击，全歼该师一个旅又两个团。进攻盐池之部，也被红二十八军击溃。这次战斗，迫使胡军撤到萌城、甜水堡以西地区，停止了对陕甘根据地的进攻；还进一步争取了东北军，促进了抗日民族统一战线的发展。
山城堡战役后，彭德怀率军在长城南盐池、洪德之间待机，准备乘胡宗南军通过沙漠饥渴之际给以伏击。这时在数百里外的古都发生了震动中外，影响中国历史进程的“西安事变”。数十年后，彭德怀还记得这历史转折时刻的情景，在其《自述》中写道：“十二月十二日深夜，我和任弼时（此时，中央刚指定任为前敌政治委员）住在一个一米高，二米宽的土洞（牧羊人住的）内，聊避风沙，点灯看地图。外面狂风、飞沙、迷雾，译电员送来电报，高叫‘蒋介石被张学良捉起来了！’以后，中央又来电征求对蒋处理意见。我和弼时经过反复交谈，一致同意中央放蒋方针。”
在中国共产党的正确主张下，西安事变获得和平解决，国民党军队随即向潼关、天水撤去。历时半年的西征胜利结束。东北军向西安集结，将洛川、庆阳放弃。红军遵照军委指示迅速南下，进驻庆阳、西峰镇一带，向东北军、西北军靠拢，为争取停止内战，实观对日作战，继续进行斗争。
西征在中国共产党和红军作战史上占有重要地位。这次西征，粉碎了蒋介石消灭红军的计划，使苏区的面积发展到东西长1200余里，南北达600余里；也使神府、关中苏区以及陕南几个游击区，