1947年7月，西北野战兵团改为西北野战军，把贺龙的晋绥军区与陕甘宁边区合并，称陕甘宁晋绥联防军，由贺龙任联防军司令员，习仲勋任政治委员。晋绥军区第三纵队许光达西渡黄河，归西北野战军建制，到此，西北野战军共辖8个旅，共45000人。
7月30日，彭德怀指挥西北野战军由大、小理河向榆林开进，准备打下榆林。蒋介石得知西北野战军围攻榆林，认为如榆林不保，则宁夏孤立，胡宗南一旦失去北面的作战配合，必定影响整个西北战局，所以他电令胡宗南主力第一、第二十九军共8个旅，分两路向绥德、佳县方向急进，另以钟松的整编第三十六师组成援榆快速兵团，轻装日夜兼程，限于11日进抵榆林，路上靠空投和抢粮补给。
彭德怀看到钟松来势很急，便决定只用2个旅攻榆林，而集中6个旅把钟松的三十六师吃掉。当天中央军委便同意一部兵力打榆林，主力吃掉钟松后再打榆林的作战计划。
但钟松却很狡猾，率其部走长城外沙漠地带驰援，绕过了西北野战军的阻援部队后，于8月11日进抵横山以北地区。这样围城打援的计划就不成了。为了争取主动，彭德怀决定立即撤离围攻榆林的部队，另觅战机再战。
战机果然很快就有了。胡宗南以为他们的援助，已迫使共军仓惶逃窜，断定西北野战军主力将东渡黄河，所以即令部下追击。刘勘率5个旅向佳县急速前进，于8月16日进至绥德义合镇地区；又令钟松率领整编三十六师由榆林南下，与北进主力会合。胡宗南的如意算盘是把共军压在黄河两岸决战，在榆林、米脂、佳县这个三角地带歼灭西北野战军。
但是胡宗南却不知，他的如意算盘却是彭德怀为他拨的算盘珠子。此时彭德怀正要对他的三十六师下手了。
钟松的三十六师是胡宗南进攻陕北的三大主力师之一。钟自恃援榆林有功，异常骄傲，声言要“一战结束陕北问题”，认为“共军可以吃掉别的军队，就是吃不掉三十六师”。他率师马不停蹄地经归德堡南下，于16日到达镇川堡。
彭德怀决心先敲掉钟松部队。他认为钟松的三十六师虽然号称三大主力师之一，却因长期行军，疲惫不堪，而钟松利令智昏，竟敢孤军深入，犯了兵家大忌，对于这支骄兵，真合了“骄兵必败”之言，可以利用它的弱点消灭之。
此时也有紧急之势，南北对开的刘、钟两支蒋军如会合，就能封锁住黄河渡口及各要道。中共中央机关和野战军将会被挤在佳县、米脂、榆林三角地带的很小地区，有被困挨打之虑。
彭德怀决定变被动为主动，先打钟松三十六师。他断定钟师主力必然经过沙家店地区东进，决定在刘勘军到来之前，把钟松部消灭。8月18日，彭德怀发出“以伏击姿态歼灭三十六师”的命令。
当日晚，野司接到电报，因大雨水涨，无法涉水，毛泽东及中共中央机关未能向北移动，尚未脱离危险地区。彭德怀心情焦急，每天在作战值室守着，思考和研究行动计划，几天里只喝了几口小米粥。
8月19日，钟松率部在沙家店一带高地构筑工事。他发觉西北野战军主力未渡河，而是在他部队的附近，便急电其前梯队一二三旅回撤沙家店。彭德怀判断敌人并未摸到本军意图，决心先行歼灭三十六师，同时适当调整部署，以新四旅抗击回援的一二三旅。
8月20日，彭德怀得悉中央领导机关均已转移至安全地区，他即放心地下令对敌三十六师开始进攻了。令第一、二纵队向敌阵地发起进攻。该师一二三旅为解友军之围，从乌龙铺折回，被新四旅和教导旅包围于常家山附近。
彭德怀下令，坚决把一二三旅消灭掉，不能让它往西靠。于是整编三十六师就被分割在两个地区，全部被围，分别遭到攻击。
胡宗南得到钟松的求援呼号，才知情况不妙，急令刘勘回援，又电令一二三旅旅长刘子奇“固守待援，将派飞机参加战斗。”
但是刘勘所率主力被第三纵队等阻援部队阻拦，难以前进，连他的警卫部队都被冲散，援救难以得逞，直到黄昏，离钟松的阵地还有三十多里。
此时孤立无援的钟松眼看不能坚持，阵地连续丢失，电台也被击毁，各方联络不上，无奈之中，只好与一六五旅旅长李日基等换装，乘夜逃走了。野战军经过激战，于当日黄昏全歼了整编三十六师师部及两个旅，共六千余人，俘敌旅长刘子奇等。
沙家店一仗粉碎了敌人对陕北的重点进攻，化险为夷，扭转了西北战局，成了一个重要的战略转机的开始。从此，西北战场就从被动到主动，野战军也从防御转为了内线进攻，整个陕北军事形势为之改观。
8月23日，彭德怀在东原召开旅以上干部大会。毛泽东、周恩来、任弼时等中央领导人亲临会场，向指战员们祝贺胜利。毛泽东在会上称赞沙家店一仗打得好，用湖南话说，陕甘战争已经过坳了。他称赞彭德怀用兵神奇，抓住短暂时机，用一天时间打了一个大胜仗。毛泽东随后即兴作诗，其中“谁敢横刀立马，惟我彭大将军”二句成为对彭德怀作为一个出色的军事家形象的最好的肯定和赞扬。
彭德怀听罢，站起来说：“毛主席讲过坳了，这是对我们的鼓励。我们要真正过坳，还要多打几个大胜仗。”
