胡宗南集团于3月19日侵占延安后，便将其前进指挥所由洛川移至延安。胡宗南以整编第一军3个师7个旅及整编第十五师第一三五旅集结于延安、拐峁、毅家店地区；以整编第二十九军军部驻延安，三十六师两个旅及整编第十七师第十二旅集结于延安以南的七里铺、十里铺、二十里铺和观音桥地区；以整编第十七师师部率第四十八旅驻甘泉、富县一线；以整编十六师两个旅分驻临镇、金盆湾地区。胡宗南在蒋介石的嘉勉和祝贺之下，狂妄得不可一世，叫嚷“中共已成流寇”、“共军不堪一击”，命令部队尽快寻找“共军主力决战”。
中共中央和毛泽东在撤离延安时就预见到胡宗南进占延安后，必然急于寻求解放军主力决战。于是，指示西北野战兵团，除以一部在延安西北方向诱敌深入外，主力隐蔽在延安东北方向待机歼敌。彭德怀按照中央意图，3月19日，命令第一纵队在安塞以北地区集结，并由该纵队独一旅的二团二营，到延安西北方向担任诱敌任务；第二纵队和教导旅、新四旅，分别在延安以东和东北地区的甘谷驿、何家山岔、青化砭和石锦羊沟之线待机。由于解放军独一旅二团二营坚决顽强的抗击，并佯向北撤退，使胡宗南误认为解放军主力向安塞败退，遂督促整编第一军军长董钊，带5个整编旅溯延河向安塞快速追击。另以整编第三十一旅旅部带1个团，担任侧翼掩护，由拐峁出发，强占延安东北方交通要冲。3月20日，西北野战兵团司令部收到胡宗南部行动的情报，彭德怀决心歼灭敌军伸向延安东北方的侧翼掩护部队，遂命令各部务于23日前在青化砭东西两侧地区隐蔽集结。3月23日，彭德怀和旅以上指挥员到青化砭四周察看地形，反复研究各个部队的任务、火力部署以及对群众做严守秘密的动员工作等问题。青化砭的南北是一条30里长的川道，咸榆公路穿行其间，东西两侧都是连绵起伏的山岭，是伏击战的理想战场。
3月24日拂晓前，按照彭德怀的命令，西北野战兵团各部队进入了设伏阵地：第一纵队在西山，第二纵队和教导旅在东山，新四旅埋伏在北面。当日，胡宗南整编第三十一旅因补给粮食而未前进，西北野战兵团继续埋伏待敌深入。3月25日拂晓，西北野战兵团侦察部队发现敌人已从拐峁出发。彭德怀用电话向各部队指挥员作了临战前的具体指示。上午10时许，胡宗南整编第三十一旅旅部及第九十二团全部进入伏击圈，西北野战兵团各部按预定计划拦头断尾，东西夹击，以多路纵队冲向敌人的行军行列，将其斩为数断。胡军顿时大乱，指挥失控。经1个多小时的激战，全歼2900余人，俘少将旅长李纪云、少将副旅长周贵昌、少将参谋长熊继宗，缴获其全部装备、辎重。此为中共中央撤离延安7天后取得的第一个胜利。