人民解放军第一野战军决定以第19兵团并指挥西北军区独立第1、第2师进军宁夏。
第19兵团司令员杨得志、:政治委员李志民指挥所部第63，第65军于9月5日和8日先后由兰州地区出发，第64军和西北军区独立第1、第2师于11日由固原、海原地区出发，分3路向银川挺进。
至14日，先后解放靖远、同心、中宁等县城。
15日，景泰守军新编骑兵第15旅投降。第63军主力于16日进至中卫县城以南常乐堡，歼第81军2个团。第63军第188师由景泰经腾格里沙漠于17日抵近中卫城西，与军主力形成夹击第81军之势。
在军事压力与政治争取下，19口，原国民党西北军政副长官马鸿宾随其子、第81军军长马悖靖起义(起义部队于同年12月19日改编为中国人民解放军西北独立第2军)。
同日，第64军进攻金积、灵武等城镇，至21日，马鸿逵部的3道防线被全部摧毁。马敦静乘飞机逃走，宁夏兵团失去指挥，贺兰军和第11军相继溃散。
22日，马鸿宾召集国民党宁夏军政要员会议，敦促各部弃暗投明。经与人民解放军谈判，23日，宁夏军政当局签字投诚，第19兵团进驻银川，宁夏遂告解放。
此役，共歼灭和改编国民党军4万余人，从此结束了马氏家族对宁夏36年的封建统治。
同时人民解放军第一野战军司令员兼政治委员彭德怀决心以第2兵团(辖第3、第4、第6军并配属野战军炮兵团、战车营)和第1兵团部率第2军分别沿甘(肃)新(疆)、西(宁)张(掖)两条公路呈钳形对自景泰向河西走廊地区溃退的国民党西北军政长官公署及所属第91、第120军等部实施追击。
9月4日，第2兵团由兰州地区向西挺进，沿途国民党军纷纷起义、投诚。至22日，第2兵团占领永登、古浪、武威、永昌、山丹、民勤等县城。
9月10日，第1兵团部率第2军从西宁地区向北迂回，翻越海拔4000余米的祁连山，于17日攻占民乐县城，歼灭国民党军骑兵第15旅旅部及1个团。18日，又在该县西南三堡、六坝等地歼灭西北军政长官公署警卫团和第120军1个团。19日，攻克张掖县城，再歼第120军2个团和保安部队1个团。20日，第91、第120军各1个团投诚。
21日，第1、第2兵团会师张掖。24日，逃至酒泉地区的国民党西北军政长官公署机关、后方联合勤务第8补给区司令部、甘肃河西警备总部和第91、第120军残部共3.5万余人，在人民解放军的军事压力和政治争取下，宣布起义。
25日，第2兵团组织的快速部队进占老君庙油矿(今玉门油田)。28日，第1兵团第2军一部进驻酒泉、安西等城镇。至此，河西战役结束，彻底解放了河西走廊地区，为进军新疆创造了有利条件。