8月13日，疲憊不堪的解放軍剛剛進入子午嶺的九峴地區，遊弋在子午嶺西部的國民軍便獲得了情報。
馬援當即調動下屬部隊整騎8旅、整100旅、獨騎5團和師直屬的4個獨立營共約8個團的兵力，由他親自指揮向子午嶺進軍。馬援以馬康的獨騎5團為前衛，整100旅譚祥部為右翼，整騎8旅馬鑾部為左翼，師直屬的4個直屬獨立營為後衛，從慶陽、板橋、盤克等地分別出發。同時命令整騎8旅利用騎兵快速機動的優勢，分兵沿著小路向子午嶺快速迂迴，與右翼的部隊形成鉗形攻勢。
14日傍晚，解放軍的偵察人員發現馬援的部隊已經抵達金村廟、牙村一帶宿營。但是，一時難以搞清楚對方的兵力有多少。
解放軍指揮員認為，以4縱隊現有的3個團加上地方部隊對付敵人的1個團應該足夠。況且解放軍還有1個騎6師。
馬援雖然年輕，但是，這個16歲就當上校副團長，20歲就去陸大將官班進修的少爺並非魯莽之人，兩個多月前剛指揮整82師在合水擊退解放軍主力縱隊，取得了合水大捷。28歲的他從心中十分看不起解放軍。
隴東的大雨停止了。82師的先頭部隊獨騎5團和整100旅第2團的前哨在九峴塬上金村廟和豆家梁一帶與解放軍關中分割槽西線指揮所直屬的獨立營接觸.
獨立營不敵，節節抵抗中向東撤退。
82師推進到付家莊，又與解放軍的關中渭北縱隊接火。
15日上午10點，82師的8個團,開始向九峴西部解放軍警1旅2團和3團的陣地發起猛烈進攻。首先集中炮火轟擊九峴西窪解放軍陣地，然後向正面西窪西北方的解放軍3團陣地發動猛烈進攻。
3團依託工事頑強抗擊，打退了馬援騎兵的多次進攻，自身傷亡很大。英雄排在激戰中全部陣亡。
3團一直堅守陣地到當日下午，然後奉命節節抗擊，向東撤退。撤退途中，一部分官兵沒能及時撤離陣地，大多陣亡。
解放軍的迅速撤退卻讓信心百倍的馬援產生了猜忌。
馬援懷疑這是解放軍的疑兵之計，也不敢貿然追擊。又過了1個多小時，對面解放軍陣地依然沒有動靜，整100旅組織了一支騎兵部隊向解放軍陣地試探性衝擊，方才明白解放軍已經向東撤退。
下午6點，九峴西窪以西的解放軍陣地均被82師佔領。這時候，因為大雨阻擋經崎嶇山路長途跋涉而來的整騎8旅姍姍來遲。因為整騎8旅到達九峴時間比預定計劃晚了近12個小時，致使馬援合圍解放軍的作戰計劃落空.
馬援很不高興。
82師跟蹤追擊。獨騎5團追上解放軍轉移隊伍，並與擔任後衛的3旅5團發生戰鬥。
解放軍在桃樹莊丟棄了3門山炮和大批物資。3門山炮被整騎8旅第2團拖回去，後來被作為子午嶺大捷的戰利品送到西安展覽。
子午嶺大捷，82師幾乎全殲瞭解放軍西北野戰軍的第4縱隊。這次戰鬥暴露了第4縱部隊的很多缺陷。
1948年3月，解放軍西北野戰軍從陝西省宜川縣南下，發起了黃虎山麓戰役，解放了黃陵、鄜縣(今天富縣、宜君、白水等縣，逼近蒲城，圍攻洛川。
洛川1個月未能攻下。
圍城不下，打援不成，解放軍深入敵人後方。他們西進河谷，初期進展順利，接連攻克9座城池，切斷了西北交通大動脈西蘭公路，又攻克了西府重鎮寶雞，對國民軍的大後方造成了極大的威脅。
雖然西北野戰軍初期作戰進展順利，連戰皆捷，但是，由於孤軍深入犯了兵家大忌。胡總瞅準時機，連同馬援的82師共11個旅的強大兵力分兩路馳援寶雞。
兩軍行動迅速，作戰主動，對西北野戰軍造成了巨大的威脅。
面對突然來臨的危險，西北野戰軍迅速組織分散的隊伍進行集中突圍，不得不毀掉大量繳獲的軍用物資，撤出寶雞，向甘肅的東部轉移。
82師以不足1500人的傷亡代價，除了打死打傷很多的解放軍以外，還俘獲了2000人計程車兵、後勤人員和支前民工，重創了西北野戰軍的第6縱隊教導旅，取得了西府戰役的大捷，給頻臨滅亡的國民政權打了一劑強心針。
為此，陷入困境的老蔣彷彿在黑夜裡看到了一盞明燈，頓時振作精神，大力宣揚馬援是民國的後起之秀、卓越的軍事之星，為接連遭到戰敗的國民軍隊鼓勁打氣。
馬援的父親和伯父當年在河西走廊圍追堵截和殺害紅軍西路軍，欠下了一筆巨大的血債。馬援的這3場大捷，使馬家又欠下了解放軍的新血債。馬軍的行為激起了革命黨人的異常憤怒，在他們的心目中馬軍就是十惡不赦的仇敵。