红军到了陕北就到了家。结束了艰苦绝伦的数万里远征后，红军来不及洗去一年的风尘，便立刻开始研究下一步的行动方针。
10月22日，中共中央政治局在吴起镇举行扩大会议，毛泽东、张闻天、周恩来等出席了会议。在会上，毛泽东作了关于目前行动方针的报告。会议指出：党中央和陕甘支队已经完成长途行军，开始了新的有后方的运动战。会议决定：党和红军今后的战略任务是：“建立西北的苏区，领导全国大革命”；陕西、甘肃、山西三省是红军发展的主要区域。
陕甘支队在吴起镇经过短期休整，10月30日，所有非战斗单位前往陕北苏区中心瓦窑堡，战斗部队则向甘泉前进。
11月3日，中共中央政治局常委会议在甘泉县的下寺湾，听取了陕甘晋省委副书记郭洪涛、西北军委主席聂洪钧关于陕甘边苏区政治、军事情况的汇报。同日，中共中央政治局会议决定成立中国工农红军西北革命军事委员会，毛泽东任主席，周恩来、彭德怀为副主席。随后，西北革命军事委员会发布第一号命令：宣布恢复红一方面军番号，任命彭德怀为司令员，毛泽东为政委，下辖第一军团、第十五军团。会后，毛泽东、周恩来、彭德怀率红一军团与徐海东领导的红二十五军和刘志丹领导的陕北红军合编成的红十五军团会合，全军共五个师又四个团，约一万人。
中央红军与陕北红军的会合引起了敌人的极大恐慌。红十五军团劳山、榆林桥两战两捷，使敌人大为震动。10月底，国民党“西北剿总”决定调集东北军五个师的兵力，企图沿葫芦河构成东西封锁线，并打通洛川、鄜县和延安之间的联系，沿洛河构成南北封锁线，再采取东西对进，南进北堵的方针，围歼红军，彻底摧毁陕甘革命根据地。
直罗镇，是鄜县西面的一个百多户的小镇，位于葫芦河南岸，三面环山，中间是一条狭窄的河谷，宽处不超过二百米，狭窄处只有二三十米。一条道路自西而东穿镇而过。由于路面坎坷不平，车辆难于通行。部队通过时，只能排成一字长蛇阵，蜿蜒缓行。敌第一〇九师师长牛元峰称之为“蛇钻细管”，没料想，他这条“蛇”这回钻细管，愣是没有钻出来，活活被红军堵死在管里。
毛泽东深刻分析了当时的形势和所面临的敌情，决定在直罗镇布下口袋阵，以歼灭敌人。11月5日，毛泽东召集红一军团和红十五军团首长研究制定直罗镇战役计划。决定的作战原则是：将敌放进直罗镇，乘敌立足未稳，集中红军主力，采取包围侧击战术，歼灭敌人，得手后，继续歼灭敌人后续部队。同时，派出兵力牵制敌人，阻敌西援，以保证直罗镇胜利歼敌。
为了打好这一仗，在下寺湾还召集了两个军团团以上干部会议，布置直罗镇战役。毛泽东详细地分析了敌情，讲解我军的战略部署，下达作战任务。谙熟中国古代用兵之法的毛泽东援引《水浒》中林冲在柴进家中打洪教头的故事，幽默地说：“林冲对洪教头，不是先冲过去，而是先后退两步，这就是为避其锋芒，攥紧拳头，发现弱点，一下子击中对方的要害。直罗镇战役的部署，就是这个道理。我们利用有利于我们的地形，集中优势兵力，打击和消灭敌人的主力。”毛泽东用这番深入浅出的道理，点出了直罗镇一战的作战原则。
11月19日，东北军五十七军一〇九师进到黑水寺，军部和另外两个师进到张家湾附近地区。红一方面军首长决定，乘敌一〇九师麻痹骄纵和比较冒进的有利时机，求歼该师于直罗镇西北地区。
11月20日下午，敌一〇九师推进到直罗镇附近，与红军担任诱敌任务的连队接触。该连边战边退，敌误以为红军败退，遂进入直罗镇，并占领了直罗镇附近的高地。敌师长牛元峰洋洋得意，以为“旗开得胜”，马上让参谋发电报，向总部和军部报捷，声称他已占领了直罗镇。
牛元峰进入镇内，命令两个团在直罗镇两侧高地做好警戒后，即放纵其部下在镇内大肆劫夺米、面、鸡、鸭、猪、羊，大摆宴席，庆祝“胜利”。
就在敌人喝得酩酊大醉之时，毛泽东、周恩来、彭德怀下达了作战命令。21日拂晓前，红一军团和红十五军团，按既定部署，迅速进入阵地，将直罗镇包围得水泄不通。毛泽东、周恩来亲临前线指挥，特别指示部队负责同志，一定要打歼灭战，不是击溃战。
天刚亮。红一军团和红十五军团突然发动猛攻，激战至上午10时许，两军团分别将北山和南山守敌大部歼灭，牛元峰率残部五百余人，撤到镇东旧寨子，固守待援。红七十八师向寨子残敌第一次攻击没有奏效。周恩来到阵前观察说：敌人已成了瓮中之鳖，不好攻暂且圈着算了。寨子里既没粮，又没水，他们总是要逃跑的，争取在运动中消灭它。半夜12时，牛元峰果然率残部向西突围，红军紧追不舍，将其全部歼灭。当红军追近时，牛元峰突然站住，从腰上把勃朗宁手枪拿出交给副官说：“你把我打死。”副官接过手枪照牛元峰右后脑打了一枪，牛被子弹打穿头部当场毙命。直罗镇战役战绩辉煌：敌一〇九师被歼，除师长牛元峰被击毙外，俘虏敌人5300多名，打死打伤1000多人，缴获了大量的枪支弹药。对于俘虏的敌人，进行教育之后，将他们放回，这对日后争取东北军与红军达成停战协定起了很好的作用。直罗镇战役，彻底粉碎了敌人对陕北苏区的第三次“围剿”，巩固和扩大了陕北苏区，给党中央把全国革命大本营放在西北的任务，举行了一个奠基礼。
直罗镇战役胜利结束后，毛泽东、周恩来等从前线回到后方的瓦窑堡，立即与先期到达瓦窑堡的张闻天等同志一起，继续处理存在于陕北红军中的肃反扩大化的问题。
中央红军长征到达陕北时，中共北方局派驻西北的代表团，正在陕北推行王明“左”倾错误路线。从1935年7月开始搞的错误的“肃反”运动，逮捕了刘志丹等原陕甘边和陕北工农民主政府的几乎所有主要负责人。同时，在土地革命和军事策略等重大问题上也推行“左”的错误政策，严重危害了陕北革命根据地的革命事业。这种情况与一年前中央苏区的情况惊人地相似，摆脱了“左”倾错误路线才来到陕北的毛泽东等中央领导同志感到十分吃惊。
刘志丹从1925年加入中国共产党后，对革命忠心耿耿，出生入死，英勇奋斗。1933年10月刘志丹恢复了红二十六军团四十二师，并任参谋长，后任师长，连续打了不少胜仗，创建了以南梁为中心的陕甘边区根据地。1934年秋，正式成立陕甘边区苏维埃政府，习仲勋任主席，同时成立了陕甘边区革命军事委员会，刘志丹任主席。1935年2月成立了中共西北工作委员会和西北革命军事委员会，陕北革命根据地的另一创建人谢子长任主席，刘志丹任副主席。谢子长因战伤久治不愈去世后，刘志丹任主席。4月，刘志丹率红军主力到达陕北与红二十七军会师，成立了前敌总指挥部，先后粉碎了蒋介石的两次反革命“围剿”，解放了安定等六个县城，使陕甘、陕北根据地连成一片，为中央红军长征后落脚陕北创造了十分有利的条件。1935年8月又与程子华、徐海东率领的红二十五军会师，组成了红十五军团，并任副军团长兼参谋长。事实证明刘志丹是久经考验、屡建功勋的共产党员和优秀的红军领导干部，而绝不是什么“右派”、“反革命”。
11月初，中央组成了以董必武为首，有王首道、张云逸、李维汉、郭洪涛参加的五人党务委员会，负责纠正肃反扩大化的错误。直罗镇战役结束后，毛泽东、周恩来赶赴瓦窑堡，与张闻天一起，亲自处理肃反扩大化问题，听取了王首道的汇报，认为逮捕刘志丹等同志是完全错误的，是奠须有的诬陷，是机会主义的“狂热病”，应予以立即释放。党中央对制造这次冤案的戴季英、聂洪钧给予了处分。刘志丹等100多名党政军领导干部被迅速释放。毛泽东、周恩来接见了刘志丹。毛泽东安慰刘志丹说：“你受委屈了！但对一个革命者来说，坐牢也是一种考验，又是一种休息。”刘志丹对周恩来说：“周副主席，我是黄埔四期的，您的学生。”周恩来握着他的手说：“我知道，我们是战友。”毛泽东又说：“陕北这个地方，在历史上是有革命传统的，李自成、张献忠就是从这里闹起革命的。这地方虽穷，但穷则思变，穷就要革命嘛！这里群众基础好，地理条件好，搞革命是个好地方呀！”后来周恩来还当面批评戴季英说：“像刘志丹这样的‘反革命’越多越好；像你这样的‘真革命’，倒是一个没有才好。”
随后，刘志丹被任命为西北革命军事委员会委员、西北办事处副主任、红二十八军军长等重要职务。
直罗镇战役的胜利和陕北肃反扩大化问题的纠正，使陕甘革命根据地原来面对的两个最紧迫的问题得到了解决，中共中央和中央红军从此在陕北站住了脚。