10月5日拂曉，西北野戰軍各縱隊進到合陽以南的交道鎮、廟窪、岱堡、黑池鎮地區集結，當日黃昏向寺前、永豐等攻擊目標開進。
經過一夜的行軍，10月6日拂曉，西北野戰軍首先向位於寺前鎮、韋莊、永豐鎮的敵整編第17師發起攻擊。第1縱隊以勇猛果敢、神速機敏的動作，乘黑夜輕裝急行軍，大膽穿插，繞過醍醐、酥酪之敵，突然直插敵人心臟張家城，切斷了駐守韋莊的整編第17師師部與其第48旅的聯繫，並殲滅了由酥酪向韋莊逃跑的第48旅旅部300餘人，活捉旅長萬又麟，使第48旅失去指揮；第3、第6縱隊攻佔了北黨、寺前鎮和醍醐、酥酪兩鎮；第2、第4縱隊攻佔兩宜、雙泉、臨皋、鳳棲，逼近韋莊鎮，切斷了韋莊至永豐鎮和韋莊至宜井之敵的聯繫，打亂了敵整編第17師的整個防禦體系。
敵整編第17師在防禦體系被迅速撕破後，開始倉皇潰逃，西北野戰軍乘勢猛烈攻擊。激戰至11時，除永豐鎮、韋莊的敵軍正在被圍殲外，北黨、寺前鎮、西觀、醍醐、酥酪、臨皋、鳳棲等據點均被攻佔。戰至當天黃昏，敵第48旅大部被殲。困守韋莊鎮的整編第17師師部和第12旅第34、第35團，在第1、第2縱隊的進攻面前，也在丟失了韋莊外圍上下堡、新村、東家村、東白等據點後，向西南突圍。
永豐鎮地處大荔以北、蒲城以東的洛河邊上，是胡宗南控制的一個重要據點，守敵為第12旅第36團。城內有堅固完整的工事，城外還有幾個大碉堡互相支撐，並有暗道連結通往城內。城牆下有1丈多深、7尺多寬的壕溝，壕溝沿上設有鹿砦等障礙物。城的東西有兩道城門，城門上面都是崗樓。但永豐鎮地面小，敵第36團聚集鎮內，飲水都成問題，而且受到鎮外東面高地瞰視，防守也較困難。
西北野戰軍除以第4縱隊繼續圍攻永豐鎮敵第36團外，主力在追擊整編第17師殘部的同時，第2縱隊於10月7日晨轉向對整編第38師發起進攻。戰至下午3時，攻佔唐家堡、塢坭灣、漢村、八岔口等據點，殲滅該師第177旅第529團及第55旅一部，整編第38師殘部沿鐵嶺山向西南潰逃。
發現敵人逃跑，王震立即命令各旅勇猛追擊。隨後他來到了獨立第6旅指揮所，張仲瀚旅長正在下達追擊命令。過了一會兒，聽到外面槍聲緊急，王震忙走出指揮所，站在村頭舉起望遠鏡，看到前面敵人蜂擁而逃，掀起滿天塵霧。
當得知第717團攻下鐵嶺山後沒有追擊敵人，正在就地待命的消息後，王震十分惱火，大聲喊道：「快去傳達我的命令，要他們迅速追擊！」但身邊已無傳達命令的人了。他連忙回到指揮所，見警衛員吳憲軍正在地下擺好了飯等他來吃，王震急了，一腳踢翻了飯碗，對吳憲軍嚷道：「敵人都跑了，還吃他娘個鬼！你快給我去9旅告訴徐國賢，叫他們馬上追擊，追到天邊也得把敵人給我消滅！」
吳憲軍用手拉了拉另一個警衛員左大權的衣襟，想讓他去。王震看出來了，不容爭辯地說：「就要你去，快走！」吳憲軍只好執行命令，臨走時悄悄低聲對左大權說：「要把司令員看住，絕不能讓他離開這裡，這會兒到處是流彈，亂中會出大事。」（《王震傳》）
第2縱隊追殲逃敵至老君寨以西的洛河岸，俘敵1000餘人，繳獲敵整編第38師的全部重武器及其他裝備。第3縱隊追擊至船舍渡附近，殲滅敵增援的整編第1師第167旅第499團一部，殘敵狼狽逃竄，潰不成軍。在洛河岸上到處都是遺棄的傷兵、屍體、馬匹及其他軍用物資，有的被淹死在洛河之中。
第6縱隊則乘勝直逼大荔城郊，裴昌會第5兵團司令部在整編第36師殘部掩護下，倉皇向洛河南岸潰逃。
被圍於永豐鎮的敵第36團向南突圍未逞，當夜被第4縱隊全部殲滅。第4縱隊乘勝挺進到蒲城以東的孫鎮、橋頭地區。
當西北野戰軍主力攻殲敵整編第17、第38師時，10月6日，駐守朝邑縣的保警隊、常備隊1100餘人，在南進支隊的策應下，由大隊長楊海潮（共產黨員）、王彥亭（共產黨員）率領舉行起義，捕獲國民黨朝邑縣縣長卜儒英、國民黨朝邑縣黨部書記長劉映南等200餘人，解放了朝邑縣城，並於朝邑截獲由寺前鎮逃出的第48旅第144團殘部100餘人。
10月7日，我解放了平民縣城。同時，第4縱隊騎兵第4師於10月5日攻佔銅川東北的周家嶺，擊潰由銅川增援的敵一個團。警備第4旅於10月6日攻佔蒲城西北的局陽鎮，收復了白水縣城。至此，黃河以西、洛河以東以北廣大地區除大荔城及船舍鎮以外已全部解放。
勝利的消息傳到西柏坡，10月10日，毛澤東為中央軍委起草了給彭德懷、張宗遜的慶賀電報：
彭張：
第一、慶祝你們殲敵兩個師主力。這一勝利將幫助你們逐一殲滅胡軍主力於渭水以北地區。第二、我軍傷亡多少？如我軍傷亡不大，則可在休息一短時間後，連續尋機再打一仗；如我軍傷亡較大，則宜由現地移至澄城、白水之線，便於東西機動之位置作較長時間之休整，然後再打。望酌行之。
軍委
10日1時
10月11日，彭德懷、張宗遜致電中央軍委等：「白水、澄城缺糧，故決在永豐鎮、韋莊、雙泉鎮、宜井地區集結，吸引敵主力向東，以便而後我軍機動。部隊士氣旺盛，戰術技術特別是攻堅能力，均有較大進步，唯連隊人數極不充足，多則七八十人，少則三四十人（全軍近7萬人，野直、5個縱直、11個旅直，共約佔兩萬），為保持元氣，故擬於上述地區休整20天，爭取五千至六千俘虜兵（共俘、萬人）補充。此次敵還可集中7個旅來援（1師3個旅，65師2個旅，13師之135旅、144旅），敵還相當強大，我必須充分準備，尋求與敵機動兵團（1師、65師）作戰，再殲其三四個旅，才能逐次奪取渭北各城市。」
敵整編第17、第38師被殲滅後，胡宗南不甘心失敗，他企圖利用交通便利的條件，從耀縣、興平、潼關等地區調集整編第1、第65師和第13師第135旅，連同在蒲城、大荔地區的整編第90、第76師和整編第36、第38師殘部，共13個旅9萬多人，在榴彈炮、坦克和飛機的掩護下，採取軍官嚴厲督戰的方法，趁西北野戰軍休整時拚命反撲。
10月10日15時，其先頭步、騎兵各一部進至大荔以北的柳池營、中山地區，被我第6縱隊警備部隊擊退。10月11日8時，敵整編第1、第65師及第36師殘部，共5個至6個旅的兵力，沿楊家莊、呂村及鐵嶺山分兩路發起進攻。西北野戰軍以第2、第3、第6縱隊各一部阻擊敵人的進攻，掩護其主力在杏子河、塢坭村、窯頭、南陽庄、曲頭地區佔領陣地進行防禦，待查明當面敵情後再轉入進攻。我軍阻擊部隊經過一天的激戰，擊退敵人10多次衝擊。黃昏時，敵整編第65師進至胭脂山、漢村、李家坡、大壕營、多壕一線。同時，國民黨空軍出動了B-25轟炸機5架次、B-47轟炸機35架次，猛烈轟炸西北野戰軍陣地，支援地面戰鬥。
面對敵人的兇猛反撲，彭德懷決心趁敵整編第65師立足未穩之際，要求西北野戰軍主力部隊發揚連續作戰的精神，集中第1、第2、第3、第6縱隊實施進攻，首先殲滅敵整編第65師；同時以第4縱隊分兵一部監視蒲城之敵，主力由孫鎮東渡洛河，由西向東攻敵側背。
10月12日拂曉，西北野戰軍向整編第65師發起攻擊，戰鬥至上午10時，第1、第3、第6縱隊攻至東西漢村，並將整編第65師第187旅包圍於李家坡。第2縱隊包圍大壕營，將整編第65師第160旅壓縮於土寨內。在西北野戰軍主力猛烈地攻擊下，東西漢村之敵，以密集隊形向南突圍，遭到西北野戰軍炮火阻攔與步兵截擊，整編第65師及第36師第123旅傷亡慘重，遂在坦克和飛機掩護下向南逃竄。下午16時，第3縱隊在李家坡殲滅整編第65師第187旅第560團全部及第561團兩個營。在戰鬥中，西北野戰軍還擊落敵機3架，擊毀坦克2輛。
當天黃昏，第2縱隊將敵整編第65師第160旅壓縮在大壕營土寨裡面，幾次攻擊都未能成功，形成對峙狀態。這時，從大荔方向來援的敵步兵2個團、騎兵1個團已經趕到。由於準備不足，阻擊部隊兵力薄弱，致使援敵3個團進入小壕營與困守大壕營的第160旅會合。第2縱隊幾次攻擊都沒有成功，自己傷亡1300餘人。同時，右翼攻擊胭脂山、西漢村的部隊，也因地形限制，進攻亦受阻。
10月13日，敵增援部隊陸續趕到，在大荔地區集中了整編第1、第90、第76、第13、第38師等13個旅八九萬人，企圖與西北野戰軍在這一地區決戰。彭德懷見胡宗南部已有5個整編師集結於大荔地區，且兵力集中，行動謹慎，不易各個殲滅，西北野戰軍與之再戰將陷入被動，遂改變決心，決