1935年5月20日，前總率領紅軍主力兵團，從秀延縣（即安定縣北區）的玉家灣、黃家川、路家寺、王家溝、魏家岔一帶出發，直抵清澗縣無定河邊。而敵人對紅軍的行動毫無覺察。我方乘機奔襲了張家圪台守敵八十四師四九九團1個連，並輕而易舉全殲。同時，重創駐蘇家岩敵派出的增援兵力，擊斃敵連長及部下20餘名，共俘敵150多人，繳獲長短槍百餘支，輕機槍6挺。
張家圪台的戰鬥是為了給敵人造成錯覺，誘敵到北線來。紅軍主力兵團早於5月22日開到清澗縣的店子溝一帶擺出要打清潤、綏德、並打通神府蘇區的佯攻態勢，使敵人做出錯誤判斷。不出志丹所料，敵果然集結到我們所預想的地區。而主力紅軍兵團卻掉過頭來向南奔襲延長城，敵主力被遠遠甩到清澗、佳縣、吳堡一帶，被我游擊隊死死拖住，掉進迷魂陣里。被我牽著走的敵人毫不懷疑紅軍主力還在北線。
紅軍主力兵團卻於5月底，披星戴月急行軍趕到延長縣大連溝一帶隱蔽集結。隨後立即派偵察人員潛伏到延長城附近偵察地形和敵情，摸清敵防禦體系。部隊駐地嚴密封鎖消息，不使守敵察覺。同時，做好攻城準備。對此，志丹特彆強調要把雲梯造好，高度和質量一定要達到要求。
據偵察和通過其他渠道得到的確鑿消息，守敵是八十四師直屬騎兵連，有140餘人，170餘匹戰馬，加上民團、警察隊、礦警隊280餘人，合計400多人。城牆和工事堅固，全城設防嚴密。
延長城依山環水，東西一條街。北依北墩山，是敵人制高點，山上構築了碉堡，有重兵防守；南面延河由西向東緊繞城邊而過，河寬50多米，水深1米左右，雖可徒步涉水，但沒有任何隱蔽，易守難攻；東門也如此。出了東門，北面緊靠山，南面是延河岸，中間是直通延水關、涼水岩的崎嶇道路。西門外緊靠煉油廠，廠房依傍著北山寨，由礦警隊40餘人防守。向西北是直通甘谷驛和延安的大道。
前敵指揮部根據地形和敵人布防情況，決定了奔襲和強攻延長城的兩個作戰方案。如果奔襲不成就準備強攻。為了萬無一失，必須先誘一部分敵人出城，減少防守力量。該任務由紅二十七軍二團三連協同陝北游擊隊七縱隊執行，他們趕到北原上打土豪、分財物，誘敵出城。果然延長城民團總指揮李鳴吾帶領130餘團丁星夜趕到北原，與我交戰。
三連和七縱隊遵照總部的命令邊打邊退，誘敵深入到預先設定的距延長城約50公里的茹子腰峴，拖住敵人，以待主力攻克延長後，前後夾攻而殲滅之。
前總率領紅軍主力秘密隱蔽到交口鎮、拓家川一線，與延長縣的黨政群組織取得聯繫，並進一步摸清了敵情和地形，檢查了攻城的一切準備工作。
5月29日，主力紅軍隱蔽運動到城下，進一步劃分了攻城部隊作戰分界線，宣布了注意事項。總攻時間定於30日拂曉4時，各級指揮員都核對了鐘錶。
攻城指揮所設立在紅一團司令部。劉志丹命令義勇軍與二十七軍紅一團攀登東北城樓，得手後搶攻北墩山制高點。只要控制了這一高地，我軍各攻城部隊就活了，就能順利攻佔各要點。他還命令步兵三團攻佔西門外舊寨子，紅二團作預備隊，以防民團潰退。
戰鬥打響了，總指揮劉志丹和張達志身先士卒，親臨一線，攻城指戰員倍受鼓舞，個個衝鋒在前，勇猛異常。瞬間便佔領了東北的城角。此時敵人還在蒙頭大睡，糊裡糊塗當了俘虜。我軍乘勝攻克了北墩山制高點，全殲守敵。紅一團分出一部分兵力居高臨下，連克東門樓，開門迎接我後續部隊，擴大戰果。另一路緊接著攻克了敵縣政府。義勇軍沿西城居高臨下，直撲騎兵防線，經過激烈的戰鬥，敵全連被殲。同時，步兵三團已攻克西門外的西山寨，殲滅了煉油廠的礦警隊，攻克西門樓。至此，全城都被紅軍佔領，時間是5月30日凌晨7時整。
12時，敵民團總指揮李鳴吾率部返回延長。前總命令紅二團團長路文昌、政委李宗貴（第二任政委劉光賢同志犧牲後，由我接任）迎敵於煙霧溝，與尾追這股敵人的三連和游擊隊七縱隊形成前後夾攻之勢；並要設法將敵誘至預先設定好的戰場呼家川西山賀家塬。經過3小時的戰鬥，該敵被我全殲。當場擊斃團總李鳴吾，繳獲長短槍130餘支。至此，延長縣城宣告解放。
這次戰鬥，俘虜敵縣長董公綬，騎兵連長汪振河等400餘人，擊斃50餘人；繳獲長短槍300餘支，輕機槍15挺；電台一部，戰馬170餘匹（後補充了紅二十六軍騎兵團），銀幣15萬元及其它軍用物資。
延長縣城位於延河邊，東連山西省，南到關中平原的宜川、韓城等縣。城西的煉油廠有二三百產業工人。該縣商業、家庭手工業也較陝北其它縣發達興旺。落實好工商業政策，於民于軍都是有利的。前總任命賀晉年為警備司令，維護治安，整頓交通，恢複生產，特別是煉油廠不能停工。為此，我們查捕壞人，取締反動會道門，清理檔案，查封土豪劣紳及反動官僚的財產，以鞏固鬥爭成果。
部隊在延長縣休整4天，紀律嚴明，秋毫無犯，人民群眾讚不絕口。許多老年人感嘆道，我們活了幾十歲，從未見過這樣好的軍隊。你們真是老百姓的救命恩人。人民群眾紛紛送親人參加紅軍。一些被俘虜的敵軍官兵，也自願加入到紅軍部隊，不願留下的則發給路費護送出境。我們的隊伍在一天天地壯大。
為了執行新的作戰任務，前總將有關工作迅速移交給中共延長縣縣委書記白如冰和延長縣工農兵民主政府主席羅成德。
6月2日，延長縣委和縣政府召開了祝捷大會，歡樂的人群中最引人注目的是站在會場中央的煉油廠工人。經過戰爭洗禮的工人，組織嚴密，行動迅速，紀律性強，是一支團結、堅強的力量。
志丹到會講話：延長城的解放，使敵人妄圖封鎖蘇區的陰謀落空了。我們打開了進入秦川的通道後，蘇區的軍民吃飯、穿衣就有了希望。更重要的是我軍初步學會了攻城的戰術、技術，給下一步攻堅中小城鎮提供了經驗。現在，我們紅軍的作戰更加自由主動了，迴旋餘地更加遼闊了。目前，大量的敵人還壓在蘇區周圍，逼我們與之快戰，妄圖消滅紅軍主力。我們一定要做好充分準備，徹底粉碎敵人「圍剿」。他的話引起一片歡呼，在熱烈的氣氛中，志丹同西北主力紅軍兵團指戰員們合影留念。
會後，槍決了延長縣縣長董公綬和幾個罪大惡極的反革命分子。從殘酷壓迫中解放了的人民都由衷感謝劉志丹領導的紅軍隊伍，更加熱愛擁護我們的軍隊。有了人民的支持，我們無往不勝。
我軍連戰連捷，地方游擊隊和赤衛軍乘勝於30日下午繳了甘谷驛民團50餘人的槍；又於6月4日繳了安河渠鎮民團的槍。延長縣全境宣告解放，成為屬於西北蘇區的第二座縣城。
延川縣的守敵，是敵八十四師五〇一團一營和地主、豪紳、民團武裝。在我軍的凌厲攻勢下，早成驚弓之鳥。6月1日棄城逃竄到清澗縣城。延川縣縣城被我一舉解放，成為西北蘇區的第三座縣城。