為了實現這一戰役計劃，加深胡軍朝綏德方向尋找野戰兵團主力的錯覺，誘敵深入，彭德懷、習仲勛調整部署：以第二縱隊三五九旅一部為主，並抽調少數兵力，配合地方部隊，作出主力撤退的假象，節節抗擊敵人，並沿途丟棄一些符號、衣物等軍用物資，吸引敵軍加快北進。
董釗、劉戡部被調動後，即以縱橫幾十裏的行軍方陣向北開進。習仲勛曾撰文迴憶說：“蟠龍鎮戰鬥之前，敵主力部隊擺成長寬幾十裏的方陣，鋪天蓋地向北撲去。而我野戰軍指揮機關就駐紮在這方陣當中一個小山溝裏。我們周圍山頭四麵八方都有狂唿亂叫的敵人，大家都很緊張，人人持槍在手。偵察員和參謀們不斷送來十萬火急的報告，我焦灼地在窯洞裏來迴走動。而彭總卻若無其事地躺在我身邊的炕上，聚精會神地思考著馬上就要進行的戰鬥如何打。敵人剛從頭頂上過去，他立刻跳下炕去，說敵人向北，咱們向南，各辦各的事噢!率領我們向蟠龍鎮撲去。”習仲勛還在另一篇文章中寫道：為了攻打蟠龍，我三五九旅誘敵北進綏德。董釗、劉戡率領的九個半旅排成縱橫幾十裏的方陣，從我軍隱蔽集結的地區通過。當時西野指揮機關就駐在一個叫新莊的小山村，敵人在山腳像放羊似的搜索前進了三四個小時，卻絲毫沒有察覺。
恰在此時，平時幹旱少雨的陝北下起雨來，泥濘不堪的道路致敵行軍困難，一直走了七天才到綏德。董釗、劉戡自以得計，給胡宗南發報說：共軍潰不成軍，我全部兵力南北夾擊，一舉殲滅之。
當北調後的胡宗南集團主力得意忘形之時，他們未曾料到，其蟠龍補給地已成了一孤點。彭德懷、習仲勛指揮經過休整補充的西北野戰兵團主力已逼近蟠龍。彭德懷、習仲勛分析認為：蟠龍鎮戰鬥與青化砭、羊馬河兩仗有很大不同，前兩仗是伏擊戰，是撿了兩塊肥肉，而此役則是一次攻堅戰，猶如啃骨頭，難度較大，而且時間緊，必須搶在敵軍主力可能迴援的時間內結束戰鬥。
這時，裝備精良、防禦嚴密的蟠龍守軍在其主力北上後，又冒雨加修工事，調整部署，加緊防禦準備。情況表明，即將進行的將是一場硬仗。
二十九日二十時，彭德懷、習仲勛發出圍殲蟠龍之敵的作戰命令：以第一縱隊由核桃坪、孫家台線南高地自西向東攻擊蟠龍鎮、窯坪線之敵;第二縱隊之獨四旅由向家峁子、郭家莊之線向北攻擊蟠龍線之敵，教導旅主力位於青化砭以北地區機動，一部肅清青化砭及其以南之反動組織，徹底破壞青化砭南北公路;新四旅由謝家嘴、劉家坪向紙坊坪、蟠龍線之敵攻擊。三十日上午，彭德懷、習仲勛同張文舟帶縱、旅指揮員到蟠龍東北高地察看地形、掌握敵情，午後在薛家溝附近具體區分了攻擊區域和任務。
三十日，西北野戰兵團以迅雷不及掩耳之勢包圍了蟠龍鎮，並完成了進攻準備，決心於五月一日發起攻擊。然而就在這時，毛澤東為中央軍委起草致彭德懷、習仲勛電，提出：“經過精密之偵察，確有把握，方可下決心攻擊瓦窯堡或蟠龍，如無充分把握，以不打為宜，部隊加緊休整，以逸待勞”。毛澤東在蟠龍鎮戰鬥即將打響之前提出了一個足以改變戰役決心的意見，是打還是不打，自然引起了彭德懷和習仲勛的高度重視。他們在對敵情分析判斷、地形地物勘察了解、兵力的部署以及採用的戰術技術等各個環節反覆研究後，仍堅持戰役決心不變。
此時，天氣驟變，突下大雨，整日無停，部隊行動不便，攻擊計劃推遲。五月一日九時，彭德懷、習仲勛致電中央軍委：“原準備一日拂曉攻擊蟠龍，因天雨路滑停止，待雨停後二日攻擊。胡軍為避免消滅，現工事技能已達最高點;清瓦以南至延川所有山頭村莊，均有相當強固野戰工事;蟠龍工事已完成外壕、鹿砦、鐵絲網，平毀甚不易。該軍所到之處，木器木板大部燒光，牲畜殺光，一切工具均損壞，壯丁抓走亦不少，與日本‘三光’政策同。人民損失五年難以恢複。”
二日，正是北犯的國民黨軍占據綏德之時，天氣轉晴。黃昏時分，西北野戰兵團作戰部隊首先掃除了周圍一些小據點，迫近主陣地，接著發起衝擊，並迅速向前發展。於三日拂曉前，奪取了第一線陣地，俘虜保安隊六百餘人，擊落敵機一架。但由於野戰兵團缺少攻堅火炮，而靠土工作業和爆破來摧毀敵堅固的工事，在發起總攻後，外壕未能通過，幾次攻擊亦難以奏效。時任第一縱隊政治委員的廖漢生迴憶說：“敵主陣地為高大的核心堡或土寨子，我軍攻堅缺少重炮，隻能靠人工把粉狀炸藥裝入幹糧袋搗實，在敵軍火力掃射下進行對壕作業，一步步貼近敵碉堡，再把炸藥袋掛到碉堡上爆破。戰士們稱之為‘膏藥戰術’。”由此可見蟠龍鎮這塊骨頭的堅硬程度。
時刻關注瞬息萬變戰場形勢的彭德懷、習仲勛見狀後，即下令停止攻擊，並於三日九時致電縱隊首長和中央軍委：“已令二縱、新四旅各一部鞏固已得陣地，進行土工近迫作業，破壞敵外壕、鹿砦，我山炮與迫炮轉移至陣前最近距離，準備猛烈射擊(注意使用迫炮)，主力在適當地點休息，開十分鍾連排班幹部會、班的戰士會，討論如何奪取主要陣地。”一個頗具特色的“火線諸葛亮會”在各個陣地召開。這是彭德懷、習仲勛在戰鬥間隙實行軍事民主的一個創造。廣大指戰員提出了利用外壕作業逼近鐵絲網和敵堡、以爆破掃除障礙開闢衝鋒通路、攻擊部隊輪番佯攻消耗敵人火力等建議。當日下午，我攻擊部隊迅速消滅了集玉峁守敵，即以集玉峁之製高點為依託，向蟠龍以東敵團指揮所和炮兵陣地攻擊。彭德懷、習仲勛要求各縱、旅，要堅決圍殲逃跑之敵，必須堵擊、截擊、追擊，務求徹底消滅，不使一人漏網。十五時，彭德懷、習仲勛致電毛澤東：“今拂曉攻擊，敵保安隊守備第一線，我攻占第一線後，即已天明，故停止攻擊，共俘保安隊六百餘人，我主力均已接近敵陣地，傷亡甚小，本日黃昏後決心再攻。”
四日上午，獨立旅攻擊部隊完成對壕作業後，十二時發起衝擊，突破鐵絲網，十六時將敵大部消滅，完全占領了蟠龍東山敵軍陣地。第一縱隊攻擊部隊攻占蟠龍北山，隨後堵擊殲滅了向西方向突圍之敵一千餘人;第一縱隊二、八團拔掉了敵軍磨盤山據點，從南麵打開了攻擊蟠龍的大門。黃昏後，各攻擊部隊從四麵居高臨下向蟠龍鎮敵人發起猛攻，戰至二十四時，蟠龍鎮攻堅戰勝利結束。全殲一六七旅六千七百餘人，俘少將旅長李昆崗，繳獲軍服四萬套，麵粉一萬餘袋，子彈百萬餘發，以及大量藥品，給西北野戰兵團以很大補充。五日，彭德懷、習仲勛即電報中央軍委：蟠龍鎮(延安以北八十裏)戰鬥自二日晚起，克服敵強大縱深堡壘、無數層鐵絲網、布滿地雷、深寬一丈五尺外壕的防禦，至五日三時全部解決。中央軍委接電後，即將蟠龍戰況通報給朱德、劉少奇、葉劍英、楊尚昆和全國各戰略區首長。幾天後，當如夢初醒的胡宗南調集疲憊不堪的主力放棄綏德迴援蟠龍之時，鎮子已是空無一人。新華社記者在《評蟠龍大捷》一文中寫了一首打油詩，辛辣地諷刺了胡宗南軍連吃敗仗的情景：胡蠻胡蠻不中用，延榆公路打不通，丟了蟠龍丟綏德，一趟遊行兩頭空，官兵六千當俘虜，九個半旅像狗熊，害得榆林鄧寶珊，不上不下半空中。
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董釗、劉戡部被調動後，即以縱橫幾十裏的行軍方陣向北開進。習仲勛曾撰文迴憶說：“蟠龍鎮戰鬥之前，敵主力部隊擺成長寬幾十裏的方陣，鋪天蓋地向北撲去。而我野戰軍指揮機關就駐紮在這方陣當中一個小山溝裏。我們周圍山頭四麵八方都有狂唿亂叫的敵人，大家都很緊張，人人持槍在手。偵察員和參謀們不斷送來十萬火急的報告，我焦灼地在窯洞裏來迴走動。而彭總卻若無其事地躺在我身邊的炕上，聚精會神地思考著馬上就要進行的戰鬥如何打。敵人剛從頭頂上過去，他立刻跳下炕去，說敵人向北，咱們向南，各辦各的事噢!率領我們向蟠龍鎮撲去。”習仲勛還在另一篇文章中寫道：為了攻打蟠龍，我三五九旅誘敵北進綏德。董釗、劉戡率領的九個半旅排成縱橫幾十裏的方陣，從我軍隱蔽集結的地區通過。當時西野指揮機關就駐在一個叫新莊的小山村，敵人在山腳像放羊似的搜索前進了三四個小時，卻絲毫沒有察覺。
恰在此時，平時幹旱少雨的陝北下起雨來，泥濘不堪的道路致敵行軍困難，一直走了七天才到綏德。董釗、劉戡自以得計，給胡宗南發報說：共軍潰不成軍，我全部兵力南北夾擊，一舉殲滅之。
當北調後的胡宗南集團主力得意忘形之時，他們未曾料到，其蟠龍補給地已成了一孤點。彭德懷、習仲勛指揮經過休整補充的西北野戰兵團主力已逼近蟠龍。彭德懷、習仲勛分析認為：蟠龍鎮戰鬥與青化砭、羊馬河兩仗有很大不同，前兩仗是伏擊戰，是撿了兩塊肥肉，而此役則是一次攻堅戰，猶如啃骨頭，難度較大，而且時間緊，必須搶在敵軍主力可能迴援的時間內結束戰鬥。
這時，裝備精良、防禦嚴密的蟠龍守軍在其主力北上後，又冒雨加修工事，調整部署，加緊防禦準備。情況表明，即將進行的將是一場硬仗。
二十九日二十時，彭德懷、習仲勛發出圍殲蟠龍之敵的作戰命令：以第一縱隊由核桃坪、孫家台線南高地自西向東攻擊蟠龍鎮、窯坪線之敵;第二縱隊之獨四旅由向家峁子、郭家莊之線向北攻擊蟠龍線之敵，教導旅主力位於青化砭以北地區機動，一部肅清青化砭及其以南之反動組織，徹底破壞青化砭南北公路;新四旅由謝家嘴、劉家坪向紙坊坪、蟠龍線之敵攻擊。三十日上午，彭德懷、習仲勛同張文舟帶縱、旅指揮員到蟠龍東北高地察看地形、掌握敵情，午後在薛家溝附近具體區分了攻擊區域和任務。
三十日，西北野戰兵團以迅雷不及掩耳之勢包圍了蟠龍鎮，並完成了進攻準備，決心於五月一日發起攻擊。然而就在這時，毛澤東為中央軍委起草致彭德懷、習仲勛電，提出：“經過精密之偵察，確有把握，方可下決心攻擊瓦窯堡或蟠龍，如無充分把握，以不打為宜，部隊加緊休整，以逸待勞”。毛澤東在蟠龍鎮戰鬥即將打響之前提出了一個足以改變戰役決心的意見，是打還是不打，自然引起了彭德懷和習仲勛的高度重視。他們在對敵情分析判斷、地形地物勘察了解、兵力的部署以及採用的戰術技術等各個環節反覆研究後，仍堅持戰役決心不變。
此時，天氣驟變，突下大雨，整日無停，部隊行動不便，攻擊計劃推遲。五月一日九時，彭德懷、習仲勛致電中央軍委：“原準備一日拂曉攻擊蟠龍，因天雨路滑停止，待雨停後二日攻擊。胡軍為避免消滅，現工事技能已達最高點;清瓦以南至延川所有山頭村莊，均有相當強固野戰工事;蟠龍工事已完成外壕、鹿砦、鐵絲網，平毀甚不易。該軍所到之處，木器木板大部燒光，牲畜殺光，一切工具均損壞，壯丁抓走亦不少，與日本‘三光’政策同。人民損失五年難以恢複。”
二日，正是北犯的國民黨軍占據綏德之時，天氣轉晴。黃昏時分，西北野戰兵團作戰部隊首先掃除了周圍一些小據點，迫近主陣地，接著發起衝擊，並迅速向前發展。於三日拂曉前，奪取了第一線陣地，俘虜保安隊六百餘人，擊落敵機一架。但由於野戰兵團缺少攻堅火炮，而靠土工作業和爆破來摧毀敵堅固的工事，在發起總攻後，外壕未能通過，幾次攻擊亦難以奏效。時任第一縱隊政治委員的廖漢生迴憶說：“敵主陣地為高大的核心堡或土寨子，我軍攻堅缺少重炮，隻能靠人工把粉狀炸藥裝入幹糧袋搗實，在敵軍火力掃射下進行對壕作業，一步步貼近敵碉堡，再把炸藥袋掛到碉堡上爆破。戰士們稱之為‘膏藥戰術’。”由此可見蟠龍鎮這塊骨頭的堅硬程度。
時刻關注瞬息萬變戰場形勢的彭德懷、習仲勛見狀後，即下令停止攻擊，並於三日九時致電縱隊首長和中央軍委：“已令二縱、新四旅各一部鞏固已得陣地，進行土工近迫作業，破壞敵外壕、鹿砦，我山炮與迫炮轉移至陣前最近距離，準備猛烈射擊(注意使用迫炮)，主力在適當地點休息，開十分鍾連排班幹部會、班的戰士會，討論如何奪取主要陣地。”一個頗具特色的“火線諸葛亮會”在各個陣地召開。這是彭德懷、習仲勛在戰鬥間隙實行軍事民主的一個創造。廣大指戰員提出了利用外壕作業逼近鐵絲網和敵堡、以爆破掃除障礙開闢衝鋒通路、攻擊部隊輪番佯攻消耗敵人火力等建議。當日下午，我攻擊部隊迅速消滅了集玉峁守敵，即以集玉峁之製高點為依託，向蟠龍以東敵團指揮所和炮兵陣地攻擊。彭德懷、習仲勛要求各縱、旅，要堅決圍殲逃跑之敵，必須堵擊、截擊、追擊，務求徹底消滅，不使一人漏網。十五時，彭德懷、習仲勛致電毛澤東：“今拂曉攻擊，敵保安隊守備第一線，我攻占第一線後，即已天明，故停止攻擊，共俘保安隊六百餘人，我主力均已接近敵陣地，傷亡甚小，本日黃昏後決心再攻。”
四日上午，獨立旅攻擊部隊完成對壕作業後，十二時發起衝擊，突破鐵絲網，十六時將敵大部消滅，完全占領了蟠龍東山敵軍陣地。第一縱隊攻擊部隊攻占蟠龍北山，隨後堵擊殲滅了向西方向突圍之敵一千餘人;第一縱隊二、八團拔掉了敵軍磨盤山據點，從南麵打開了攻擊蟠龍的大門。黃昏後，各攻擊部隊從四麵居高臨下向蟠龍鎮敵人發起猛攻，戰至二十四時，蟠龍鎮攻堅戰勝利結束。全殲一六七旅六千七百餘人，俘少將旅長李昆崗，繳獲軍服四萬套，麵粉一萬餘袋，子彈百萬餘發，以及大量藥品，給西北野戰兵團以很大補充。五日，彭德懷、習仲勛即電報中央軍委：蟠龍鎮(延安以北八十裏)戰鬥自二日晚起，克服敵強大縱深堡壘、無數層鐵絲網、布滿地雷、深寬一丈五尺外壕的防禦，至五日三時全部解決。中央軍委接電後，即將蟠龍戰況通報給朱德、劉少奇、葉劍英、楊尚昆和全國各戰略區首長。幾天後，當如夢初醒的胡宗南調集疲憊不堪的主力放棄綏德迴援蟠龍之時，鎮子已是空無一人。新華社記者在《評蟠龍大捷》一文中寫了一首打油詩，辛辣地諷刺了胡宗南軍連吃敗仗的情景：胡蠻胡蠻不中用，延榆公路打不通，丟了蟠龍丟綏德，一趟遊行兩頭空，官兵六千當俘虜，九個半旅像狗熊，害得榆林鄧寶珊，不上不下半空中。
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