1947年4月13日下午，驻守瓦窑堡的胡宗南军整编135旅将防务交接完毕，代旅长麦宗禹召集了404团团长成曜煌、405团团长陈简及参谋主任朱祖舒，研究了翌日行军的安排。次日清晨，整135旅在瓦窑堡南郊集合完毕，即以战备行军方式沿瓦蟠大道向南行进。其第405团为前卫，派一个营为左侧卫，旅部、特务连、通讯连、工兵连、化学炮连、第404团、辎重营、卫生队为本队，由404团派出两个连，一个连为右侧卫，一个连担任后卫。殊不知彭德怀已经布下天罗地网，正恭候他们到来。麦宗禹无论如何也想不到，胡宗南日夜搜寻的彭德怀竟敢在10多万大军的合围中将目光投向了他。
羊马河位于蟠龙东北、瓦窑堡西南，距前者四十华里，距后者五十华里，是一条深沟，当地传说是宋朝的奸臣潘仁美害死杨七郎后，被杨家兵马追杀至此，故此叫做羊马河。
上午7时半，135旅右侧一路和西北野战军教导旅2团发生了接触战，因教导旅由强家峁伏击地要横穿几道山梁才能绕到李家滴哨以北，2团团长王季龙带第1营一路奔跑，占领了制高点。
上午9时半左右，整135旅前锋在三郎岔附近被新4旅16团副团长宋绍连所带的一个营拦住了去路。因动作稍慢，整135旅先头两个连约二、三百人已经逃出了包围圈，幸好敌大队人马还是被堵住了。
得知发现了西北野战军大部队，麦宗禹带旅部和404团登上三郎岔以西山坡，目视即可观察到已经陷入伏击圈中，遂急令405团占领三郎岔以北河川东山，404团占领三郎岔以西山地，进行防御，并以一个营向蟠龙方向攻击前进。同时，令化学炮连进入阵地向东山射击，以图阻止西野向405团的进攻。
由于伏击部队怕被发现，让出了几道山梁，整135旅尚有一定的回旋余地，因此麦宗禹决心坚守待援，并以一个连试探沿瓦蟠大道东侧搜索前进。该连进至磁家沟东北，遭到隐蔽集结在石家沟以北的西北野战军独4旅的突然袭击，12团绕到敌之北面，将该连迅速压下沟去，并击溃敌一个营的反扑，俘敌百余人。14团则抢占了石家河以南高地，与新4旅取得了联系，彻底切断了整135旅向整29军主力靠拢的道路。
西北野战军2纵包围了敌军，可是负责阻击的1纵却打得很艰苦。胡宗南军以为阻击部队是西北野战军主力，正展开主力围攻。本来按照358旅的设想，这一天将生力军716团换上去，以以前的经验，坚守一天毫无问题，孰料该团防御计划欠周密，敌军又改变了打法，故此差点出了个大纰漏。胡宗南军的整90师师长陈武战术素养不错，吸取了教训，不再采取逐山逐沟进行争夺的方式，而是以主力由李家岔以西迂回，直接攻击牛沟西北高地；整1师也以一个旅由上白家坪经榆树峁子迂回攻击牛沟以南高地。整90师从早上7点开始攻击，至九点就突破了716团的防线。716团未料到对方的这一手，布防时对西侧注意不够，一时措手不及，被陈武打了个冷不防。至12时许，该团已经退至塔家山附近。
原打算坚持一天的计划，只守了半天。且716团阵地被突破后，在朱塔湾坚守的715团阵地右翼暴露，也不宜再守。幸亏358旅手里还有预备队第8团，遂紧急调8团占领牛沟南山阻敌前进，而令716团坚守大塔山高地，715团则放弃朱塔湾阵地，节节抗击转移至刘家岩窑以北高地，和716团重新构成防线。8团重新拉上去，打得仍然不错，将敌人攻势阻住，至下午16时才主动撤出至牛沟以南阵地。接下来塔家山附近由715、716团联合抗击了敌几次冲击后，又撤向凉水湾、孙李家沟以北高地继续抗击。整1军攻势虽然猛烈，但方向却逐渐被诱导偏往羊马河西北地区，至当天下午16时，其所处的态势对整135旅的存亡已经是鞭长莫及了。董钊先是3月底向清涧进攻时因迟到被胡宗南斥责为“不顾友军安危，擅自停止行动”，4月初永坪之战又被指为行动迟缓，表明董、刘两军在配合上确实存在问题，实战中这一点再次暴露无遗。
整29军沿雷鼓川两侧向北攻击，大约在中午时分，得知整135旅被包围，胡宗南令刘戡设法援救，刘戡转令最右翼的整36师师长钟松派队驰援。约下午1点多，钟松打电话给165旅旅长李日基，告知135旅正被围攻，但该旅现在何处，情况如何，一概不知。只是要165旅抽调部队，向瓦窑堡方向寻找增援。
这个李日基比较灵活，派了一支部队绕过西北野战军独1旅和警7团的防线，向琉璃坡方向的空隙渗透突击，一时进展颇快。警7团第2营在二线阻击阵地上观察到这一情况，在未接到上级命令的情况下，当机立断组织了一个三十多人的精干小分队，轻装迅速越过新庄沟，抢先占领了羊马河以南的高地，迟滞了敌人的前进。战后，新4旅特地派人带着感谢信和战利品一部（八二迫击炮两门、电话机两部、各种弹药万余发）到警7团团部表示感谢。
最终，165旅虽然和135旅仅隔一个山头，直线距离只有约五、六里路，却再也够不着了。战后，刘戡认为165旅救援不力，行动迟缓，要给李日基处分，经36师师长钟松力争，才作罢。李日基事后回想，前一天下午曾观察到共军少数人员向东北方向移动，但无论刘戡、钟松还是他自己都没有料到135旅才是解放军真正的目标。
彭德怀当天拂晓来到独1旅旅部，命令旅长王尚荣坚决把整29军阻击在羊马河以南地区。14日上午羊马河方向打响后，独1旅通信科监听到胡宗南军联络十分忙乱，报话机里麦宗禹直接向董钊喊话，称被解放军主力包围，要求救援，甚至连保密都顾不上。虽然整135旅竭力挣扎，但西野集中了四个旅的兵力，根本不给其喘息之机。独4旅13团从右翼以火力掩护12团越过一道沟，抢占了三郎岔东山，同时14团绕至12团的左翼，先向西再向北攻击。至下午1时许，将135旅405团全歼。接着，独4旅会同359旅、教导旅、新4旅向三郎岔西山的135旅旅部和404团发起进攻，至下午7点半，将敌全部歼灭。
此役西北野战军以479人伤亡的代价，毙伤俘敌整135旅代旅长麦宗禹以下4700余人。
羊马河战斗充分体现了彭德怀大胆果敢、慎密细致、善于制造战机的指挥风格。胡宗南军以九个旅的重兵，在相隔数十里的狭小战场上，居然被西北野战军以大胆顽强的运动战辅以阻击战割歼一部，令人不可思议。整135旅虽是孤军，但一则有近在咫尺的主力接应，二则按照部署，该旅是待主力军进出李家川、榆树岭子以北之线后方才动出，也不能说有多大的破绽。
之所以彭德怀敢于在敌重兵集团之前歼击135旅，主要是彭德怀掌握并利用了胡宗南军企图抓住西北野战军主力决战的心理。
战机的产生，或由于敌人行动的过失，或由于敌我双方行动的不期然而促成，或由于我积极主动的行动所得。无论何种情况，要真正做到抓住战机，为我所用并克敌制胜，都不是守株待兔式的态度所能遂愿的，都必须发挥积极性、主动性和创造性。战争为双方智力上的博弈，己方在设法利用战机，彼方也在图谋获得战机，如何及时乘敌之隙，并弥补己方的过失而不为彼方所乘是指挥员素质的体现。彭德怀迎合胡宗南急于决战的心态，以主力部队之一部坚决顽强的运动防御，诱导其向西攻击前进，脱离我预设的歼击战场，是非常高明的造机手段。彭德怀将主力1纵摆开，要新4旅一部参加阻击，规定13日不让敌军越过白家坪、任家沟、李家岔地区，凡此种种，都是为了给敌人造成“我军主力在此”的印象。有此印象，则敌军行动俱落入我之巢窠之中。整1军、整29军主力被牵往西边，135旅大胆南下，皆因这一判断而起。
对歼击战场的部署则体现了彭德怀判断准确、思虑周详的战役指挥风格。此战西野部署歼敌135旅，事先准备了三个方案，无论敌西进安塞、南退蟠龙或东出清涧、永坪，均有相应的对策。部队的集结位置则充分考虑到应对这三种不同的情况，同时又有重点地针对了敌南退的最大可能性。
所以解放军名将如云，而彭德怀却稳居第一，不是没有原因的。（当然，抗美援朝彻底拉开彭老总和其他人的距离）
这场战斗对于胡宗南军来说，是典型的“安乐死”。主力部队看上去顺利圆满，一路攻击，攻无不克；偏师整135旅却仅数小时就全军覆灭，大部就俘。
西北野战军担任阻击和伏歼任务的两支主力部队，1纵和2纵，此役中的表现都相当不错。1纵守御得法，顺利达成了诱敌的目标。阻击战斗中，最突出的是358旅第8团。该团新任团长任世鸿组织防御时非常注意阵地两翼出击的部署，战斗中组织短促出击，形成小包围消灭敌人，打垮其冲击。13日在三窑子、14日在牛沟以南都打得很出色。相比之下，716团14日牛沟防御则因缺乏周密的计划，未能完成任务，过早地放弃了阵地，战后受到了批评。2纵在攻歼战斗中动作勇猛，迅速抢占要点，故此能在短时间内结束战斗。虽然独4旅12团的2营和3营，因扩张战果时指挥犹豫，拖延了时间，但并未造成严重的后果。
彭德怀在4月16日给军委的电报中报告了战果，同时说明：“此役，我集中兵力的对比，尚不及敌三分之一，足见敌战力弱、士气低，我军战力强、士气高”。对这一胜利，西野上下也极感兴奋，王恩茂在日记中写道：“这一胜利非常重要，因为这次胜利以前，有三次没有打到敌人，即石家砭、石咀行动，贺家渠行动、吴家寨行动；一次打到了敌人，但未歼灭敌人，即永坪战斗。所以，我和很多同志均极关心，如这次战斗不能打胜，则不仅有关战斗士气，而且影响指挥信心，对于边区战局有很大关系”。
