中共中央和军委对西路军的危难处境，极为忧虑。除紧急指示在西安谈判的周恩来强烈申述中共中央的严正要求，要蒋介石履行诺言，勒令二马立即停攻西路军外，于2月27日决定组成援西军，委任刘伯承为司令员，张浩为政委，出兵增援西路军。但指示以不影响和平大局，不使增援军又陷入困境为前提。3月5日，军委命令援西军从淳化、三原出动，向镇原方向开进。周恩来也在西安向顾祝同申明了援西军西进的理由，要国民党政府从两党共同抗日的大局出发，令二马立即停止进攻西路军。但这时显然已无法扭转局势了。

西路军从倪家营子再次突围后，急速转移到临泽以南的三道流沟地区，又被大批追敌包围。

三道流沟，是由东、南、西三条低洼的古流水沟形成的一块狭长地带，每条流沟里都坐落着一些稀疏的堡寨和房屋。流沟周围，多是戈壁滩和沙漠。被围在这里，大家已精疲力竭。听到军委已派出援西军的喜讯，无不高兴。徐向前、陈昌浩决心坚守防御，“死斗待援”。近8000人被围困分割在三条流沟里，整天被敌用“羊群式”的战术，轮番猛攻。太阳被硝烟尘土掩得暗淡无光，战地处处是刀光、血影和凄厉的马嘶声、喊杀声、爆炸声、枪炮声。待援无望，激战五天后，徐向前和陈昌浩命令部队突围，向祁连山里转移。

李先念率部深入祁连山区

夜幕低垂，北风呼啸。积雪覆盖着的祁连山麓，无声无息地蜷伏着。敌人的宿营地里，篝火熊熊，人影幢幢。黎明时分，西路军的大队进入梨园口。徐向前将九军的两个团部署在山口的两端，卡住大门，三十军的两个团部署在二线，顶在中间，总指挥部和其余部队住梨园堡，拟稍加休整后沿着峡谷转进深山老林，坚持斗争。年仅25岁的九军政委陈海松，指挥队伍经过屡次血战，虽然还保持两个团的建制，但实际上合共不到1000人。进入梨园口后，他不顾连夜急行军的疲劳，一会儿爬上这个山头，一会儿又爬到那个山头，不断察看阵地，部署部队完成把守山口、掩护全军的光荣任务。一轮红日高高升起的时候，远处的地平线上，突然卷起了滚滚烟尘。霎时又有大量运动快速的骑兵，采取迂回包抄的战术，从山前、山后、山左、山右兜了过来。这里的山包既不高，又不陡，敌人的骑兵在山地运动，如履平地，一个冲锋就能直接窜到山顶上来。九军的阵地，被敌骑冲得七零八落。经几个小时的血战，陈海松政委和七八百名指战员，全部壮烈牺牲。这时，三十军的二六三团、二六四团为掩护总指挥部和其余部队，也正在自己的阵地上与敌激战。二六四团被敌压迫在一道峡谷里，二六三团被分割到另一条山梁子上，都和马家军扭成了一团。大刀砍卷了，刺刀折断了，子弹打光了，喉咙嘶哑了，鲜血染红了峡谷。战士们衣服撕扯成碎片，几乎一丝不挂，在同敌人扭打、撕咬、格斗，抱住敌人，一同滚下山崖。二六四团全部拼光，二六三团也大部牺牲。他们宁死不屈，用鲜血和生命保卫了总指挥部和兄弟部队的安全。

12日，中央电示，为保存现有力量，西路军一是冲向蒙古边境，一是就地分散游击。黄昏时分，徐向前带着西路军仅剩的3000多人，边打边撤，13日进入山里的康龙寺地区。翌日，敌追兵又至。徐向前一直指挥在战斗的第一线。经一场血战，担任掩护任务的二六五团和二六七团又遭重大损失。部队被敌人冲散，已不成建制，纷纷越过他的指挥位置，向祁连山上败走。

这时，陈昌浩正以西路军军政委员会主席的身份，在康龙寺南石窝山顶召开有部分领导人参加的紧急会议。会议讨论确定的问题是:一、现有部队分散游击，坚持斗争；二、徐(向前)、陈(昌浩)脱离部队，返回陕北向党中央汇报情况；三、组成西路军工作委员会，统一领导各支队的行动。

会议进行的中途，陈昌浩派人找徐向前到会。徐向前略为安顿了一下队伍，匆忙赶到集会地点。他满脑子还是战场上生死搏斗的情景，对于这次会议提出的三个问题，毫无思想准备。然而陈昌浩却宣布军政委员会关于上述三个问题已决定了。徐向前对于决定部队分散游击没有表示异议，因为这既有中央电示的精神，也是目前客观条件允许的唯一出路。但是对于叫他离开部队，他明确表示了不同看法。他说:“这支部队是我们从鄂豫皖带出来的，到了这个地步，我们回去干什么？大家都是同生死、共患难过来的，要死也死到一块嘛！”这是徐向前的肺腑之言。他知道两个领导人离开部队将要造成的影响。但是，陈昌浩带着不容分说的口气又说:“这是军政委员会的决定。向前留在军中，目标太大，很不安全，不利于部队的分散行动。”这话当然也包括指他自己。“你们走吧，赶快回去向中央汇报去。”还有人这样提出。

经过一番争论，会议终于还是作出了徐、陈离队的决定，并当即向中央发电报作了报告。会议还决定由李卓然、李先念、李特、曾传六、王树声、程世才、黄超、熊国炳等8人组成西路军工作委员会，由李先念统一军事指挥，李卓然负责政治领导。把西路军余部编成3个支队，分两路行动。一路由王树声、毕占云率领，由康隆寺向北依托祁连山打游击；另一路由李先念率领，从康隆寺向南深入祁连山区。

“……散会后，我还想动员陈昌浩，不要回陕北。我拉着他的手，恳切地说:昌浩同志，我们的部队都垮了，孤家寡人回陕北去干什么，我们留下来，至少能起到稳定军心的作用，我看还是不要走吧！陈昌浩很激动地说:不行，我们回去要和中央斗争去！我那时的确不想走，但没有坚持意见坚决留下来。事实上，李先念他们，并不想让我走。我迁就了陈昌浩的意见，犯了终身抱憾的错误，疚愧良深。”