扶郿战役后，固关一战，西进的解放军歼灭了马步芳的精锐骑兵第十四旅，粉碎了青马守陇南、宁马守陇东的计划。马步芳急调青海兵团2个军和新成立的骑兵军共7万余人，退守兰州、临洮地区。第一野战军决心集中优势兵力首先歼灭马步芳部。兰州是西北第二大城市，北倚黄河，南靠群山，地势险要，易守难攻。马步芳、马继援父子认为固守兰州是他们生死存亡的关键，企图在兰州与第一野战军决战。
1949年8月21日，第一野战军向兰州城发起攻击，由于敌人工事坚固，负隅顽强抵抗，也由于我军侦察了解敌情未明，攻击未遂。于8月25日拂晓，我野战军再次向兰州城发起了全面进攻。在防守兰州的主阵地之一的沈家岭战斗中，我第一野战军31团团长王学礼指挥第一梯队2营首先发起进攻后，接着又命第二梯队1营迅速跟进，战士们冲上阵地就与守敌展开了肉搏，他们端着刺刀与敌人杀得血肉横飞。待敌人渐渐不能支撑时，团长王学礼大刀一挥，第3营作为预备队又投入了战斗。到下午6时，我31团拿下了沈家岭阵地，但伤亡十分惨重，全团只剩下300余人，团长王学礼、政委李锡贵壮烈牺牲。皋兰山主峰阵地营盘岭上的战斗也同样激烈，守敌凭借钢筋水泥工事拼命抵抗，我第17师50团几次爆破都未成功。最后46团7连指导员曹德荣抢去一大包炸药，趁手榴弹爆炸升起的浓烟一气冲到了峭壁底下，他身贴崖壁，与一年前牺牲的董存瑞一样，用自己的血肉之躯托起炸药包，与敌碉堡同归于尽。一声巨响炸开了敌碉堡，我军官兵们以英雄为榜样，从战壕里一跃而出，一口气冲上皋兰山，与敌人刀光剑影拼到下午5时，终于把皋兰山阵地夺到了手。在我第一野战军的强大攻势下，马家军全线败退，溃不成军，兰州这座西北古镇遂宣告解放。
兰州战役是一次城市攻坚战，攻城部队初战受阻，经过两次激战，用了5天时间，攻下兰州。由于人民解放军在全国的胜利，国民党军已士气不振，所以第一野战军从8月4日发布作战命令到26日攻下兰州，9月5日解放西宁，9月中旬青海全境解放，总共只用了一个多月的时间，就歼灭了马步芳部主力并结束了马步芳家族在青海、甘南的封建统治。
