8月下旬开始，刘镇华针对守军情况采取分化政策，许诺让李云龙当甘肃督军，把西安让出来，到兰州当官。又使用飞机撒传单告示:如果拿李云龙、杨虎城二人之首级投靠者,各赏10万、5万元。李云龙粉碎了刘镇华的阴谋，血战死守。国民军哀兵必胜，守的滴水不漏。刘镇华攻城不是对手，死伤惨重，强攻、爆破、挖地道手段用尽，依然一筹莫展。

刘镇华攻不开城，就企图围死城，沿城周挖壕七十华里，壕后筑土墙，架设大炮隔绝内外。又纵火烧毁城外十万亩麦田。城中粮食短缺，斗粟百元，后到有价无市，军民挖野菜、剥树皮、餐油渣、咽糠麸，进而煮皮带、吃药材、屠狗杀马、挖鼠罗雀，甚至发生相食死尸惨剧。即使如此，西安人仍未屈服，共产党员魏野畴、南汉宸等组织城里开群众大会，控诉刘镇华残害陕西人民滔天罪行，经杨虎城批准，批斗枪毙了劣绅楮小瑟等，打击了投降派的邪气。八个月后，终于击败了刘镇华，护城成功。胜利后，在北新街空旷地上挖下大坑，埋葬了遗散在城内各处无人收埋的死难者数万具尸骨，并在大土丘上修起纪念馆，有人以沉痛心情写了一幅挽联:

生也千古，死也千古；功满三秦，怨满三秦。

在西安反围城战斗进入后期，城内情势越来越艰难严峻时，城外的国内形势发生了急聚变化。7月，广州国民革命军誓师北伐，直取吴佩孚；9月，被迫下野赴苏的冯玉祥在国共两党要人的敦请协助下，回国联络北方国民军主要将领组成国民联军，在绥远五原镇誓师出征，响应广州国民政府，策应北伐，派兵援陕解围西安。随即任命孙良诚为援陕总指挥，率部经宁、甘进军陕西。

10月中旬，首解三原之围。11月中旬，冯玉祥先头部队攻占咸阳后，即向西安发起全面总攻。冯军在攻击西安十里铺刘镇华大本营时，西安城内守军也乘机出击。在内外夹攻之下，刘军全线动摇，刘镇华仓惶逃到豫西陕州。11月27日上午12时，被围困了八月之久的西安城终于解围。李云龙等坚守西安的浴血抗战终于取得了胜利。

西安守城战役的胜利，在国内现代战争史上是一个奇迹，时正值北伐统一中国，前后历时7个多月共计220多天，从残酷程度上远远超过二战中的列宁格勒围城战役。后者尽管前后历时900天（一说为880天），但是德军始终没能彻底隔绝列宁格勒与外界的联系，苏军始终能够通过拉多加湖的冰面向城内运送物资，而西安被围时与外界的联系完全被隔绝，城内所有能吃的东西都被吃光了，从老鼠、麻雀到油渣、药铺里的药材甚至纸张，军人们的皮带、皮枪套连同鞋底都被主人煮吃光了（过去的生皮，不是现代的皮革）。城内除了原先的居民，还有为了逃难涌来的8、9万难民。

围城后期，天天饿死病死的人不计其数，无法安葬，天气又热，瘟疫横行，城内每天都哭声震天，但是始终没有人要投降。战斗中，刘镇华在登城的云梯上挂上大幅白布，上边用毛笔写着‘登上城头第一名赏大洋1000块，第二名赏大洋800块，第三名赏大洋500块，后退的当场斩首示众!!一边用盘子托着明晃晃的大洋，一边是手持冷森森鬼头大刀满脸杀气的督战队，又有吴佩孚的一架飞机在西安城上空轰炸助威，可以想象战斗的残酷程度了。

西安保卫战吸引了10万镇嵩军，分散了吴佩孚的兵力，配合了国民革命军的北伐。这一胜利，使冯部国民军士气大振，扭转了被动局面，在甘陕两省站稳了脚跟。冯玉祥满怀豪情抒诗:“拼命流血求解放，一往直前不回头。重层压迫均推倒，要使平等现五洲。”为国民革命军的北伐和防止西北被帝国主义、封建军阀扩展立下了不可磨灭的功勋。也许是卷进战争旋涡的无辜百姓惨死太多，毕竟这两个战役有质的区别，教材上没有讲此战役。又因为杨虎城在中国革命中的地位，李云龙的实际作用就被杨的光辉遮挡淹没了。

“二虎守长安”的李云龙面对白骨垒垒、疮痍满目的惨状和“和平期待会”分子的攻击，心灰意懒，决心从此离开军界。自己曾悄然微服出走，隐居于三原。 冯玉祥到西安后执掌了陕西军政大权，任命以于右任为国民军联军驻陕总司令，邓宝珊为副司令（二人随冯绥远五原誓师出征）。

冯严厉寡恩，培养亲信，陕军原来与冯玉祥就有旧仇，为了对付镇嵩军才组成国民联军。后来冯玉祥又接受了镇嵩军刘镇华的投降，陕军感情受创，矛盾扩大。驻守西安的冯军宋哲元逼迫陕军接受改编，李云龙被任命军长，辖三师六旅，师长为何经伟、赤亚武、刘文伯。命令其退出西安、出关东征。陕军虽不愿放弃家乡地盘，但是为报答解围之恩出关东征。接着，冯玉祥在徐州会议上公开拥蒋，冯作为第二集团军取得了对鲁、豫、陕、甘、青、宁六省的统管之权。

1928年1月9日，蒋介石复职。国民党在南京举行二届四中全会，2月7日，国民党第二届中央执行委员会第四次全体会议指定，蒋中正为军事委员会主席； 3月9日，又任命李云龙为军事委员会委员.

1928初，适有陇东军阀韩有禄、黄得贵反冯，宋哲元追歼其部至关中，陕军将领田玉洁阻击宋部，并联合韩、黄共六万人攻打冯军。其后，陕军各路将领在三原县召开联席军事会议，要求陕人治陕，拥岳维峻（西峰）为陕军总司令，李云龙为渭南总指挥，冯子明为渭北总指挥，联合反冯战争终于爆发。冯部宋哲元采取分化瓦解和军事切割相结合的办法将陕军各个击破。陕军将领顾含芳、田玉洁、党玉琨、雷赤诚、曹耀南、杨云栋等相继战死。