工事，围绕主阵地三营子山梁，自上而下有环形峭壁三道（每道高二至三丈）峭壁外挖有二丈宽的外壕，外壕内外设有铁丝网，并布满了小型航空炸弹（重三十磅）和不同型号的地雷连接的梅花式连环雷（踏响一个可联响一串）等障碍地带。阵地各明堡、暗堡火力之间组成交叉火力网，并以地道（地道内可容两个营的兵力）相连，能打能藏。同时，左有狗娃山、沈家岭，右有马家山守敌火力支援。营盘岭与兰州城的地势，是居高临下，若攻了此山，轻重火器可直接控制兰州整个市区和敌人唯一退路——黄河大桥。当时任兰州防守总指挥的马继援说：“营盘岭是牢不可破的铁阵，是固守兰州的南大门。如果共产党能攻破它，我们便自动撤出兰州。”营盘岭的守敌为二四八师正副师长率领的五个营的兵力，并加强了相当数量的轻重火器。所以营盘岭能否拿下，是我六军十六师和十七师能否胜利完成这次战斗任务的关键。
我六军各师积极做好战前准备工作，十六师政委关盛志、政治部主任魏志明，十七师政委黄振棠、政治部主任高浩平，根据各部所分的任务，向所属部队反复作了战前动员，并提出了具体要求，发扬政治工作的威力，发扬党团员在战斗中的模范作用，坚决执行命令，完成战斗任务，开展火线立功运动。军后勤部长郑云彪同志为保证部队供应，组织全军后勤人员到榆中地区筹集粮食，将各种物资、弹药及时运到前线，并把民工、支前担架分配到各师的阵地上。军师卫生部门开设了救护站等。为便于指挥军的指挥部移到九条路口以北的郜家泉一带，这里位于兰州正南方向，可以看到即将进攻的皋兰山的概貌。军指挥部刚刚住下，值班参谋跑来报告：“彭总来了。”罗元发军长、张贤钧政委、饶正锡副政委、陈海涵参谋长一同连忙迎到村口，却不见彭总的踪影，经打听才知道彭总没有来军部而是直接登上山头正在察看地形，他高兴地同大家一一握手问好，简单地询问了部队情况后，便站在一个高坎上，举起望远镜向皋兰山观察。这时，各师的领导也陆续来到，大家同彭总一起看地形。
彭总指着营盘岭下面一个名叫下庄的小村子说：“皋兰山以营盘岭为最高。与敌人设在西边的沈家岭和东边的马家山阵地，互相衔接，互为依托，构成对我军的整个防御体系。根据这个地形和敌人设防的重点，你们要很好组织侦察，尽快弄清敌人火力，再好好研究一下，如何从正面突破。〃接着彭总在山背后找了个地方坐下来，摊开地图，一面看图，一面让大家各抒己见，谈谈打法。于是大家你一言我一语，毫不拘束地谈起来，大家的看法和彭总的想法基本一致，觉得从下庄强攻比较好。彭总又说：“马步芳、马继援父子都是反动透顶的家伙，他们是不到黄河心不死的。他们很善于搞孤注一掷。直到今天，马步芳还要他的儿子马继援亲自坐镇兰州，自持‘固若金汤’的防线，凭险可守的地势，把最后一点赌注全押在兰州，以为我们是长途跋涉，后方运输线长，补给困难。而他们则是以逸待劳，妄想吸引我军主力于兰州城下，消耗我有生力量等待胡宗南的反扑关中。然而，这个赌棍的那点本钱毕竟是有限的，我想一定要他在这里输得精光。”
彭总的一席话，再次阐明了兰州战役的指导思想；对大家启发教育很大。彭总又问道：“这次是哪个团主攻？”程悦长同志回答：“五十团。”彭总说：“走，到他们那里去看看。”到了五十团，彭总直接到连队，看了看战士们搭的草棚，用手摸摸铺草，问寒问暖，大家感到分外亲切。彭总来到七连，战士们都涌到彭总身边。彭总问大家：“对打下兰州你们有信心没有？”指导员曹德荣同志坚定地说：“我们一定能够完成上级交给的战斗任务！”彭总又问：“为什么？”有的战士说：“有人民群众的支援！”有的说：“有毛主席军事思想的指导，有彭总的直接指挥，我们信心百倍！”还有的说：“有友邻部队的密切配合。”彭总笑了笑说：“最重要的是你们的英勇善战，不可轻敌急躁，还有两天时间，要抓紧准备。”
彭总走后，六军将团以上干部留下来开会，明确了各师的任务，布置了战前的准备工作防止轻敌急躁情绪。会后饶正锡副政委要求军师两级都派出检查组，深入连队了解情况，指导工作。
21日早6时，彭总下达了攻击令，解放兰州的战斗打响了。一阵阵炮火向敌人猛烈轰击之后，十七师五十团直扑营盘岭脚下的下庄村。三营一马当先，在团长刘光汉、副团长杨怀年同志的指挥下，同一营迅速占领了下庄村，与此同时，担任夹攻任务的十六师四十六团一营，也从范家营方向插了进去。由于我军的炮火只摧毁了敌人暴露在前沿的工事，未能彻底摧毁暗堡，藏在暗堡中的敌人拼命用火力阻止我部队前进，担任爆破任务的同志也难以接近崖壁，无法实施爆破。四十六团的部队正面受到敌人阻击，地形不利，在运动时又受到了三营子和马家山两面火力的夹击，伤亡较大，一营副教导员李光华和二连长、副连长都在攻击中英勇牺牲，仅一营就伤亡一百多人。十九兵团和四军向敌人发动的进攻，也未能奏效。部队虽然都打得很顽强，给敌人很大的杀伤，但没有夺得阵地。为了避免更大伤亡，野司决定：留少数部队守住已经占领的阵地外，其他部队黄昏后撤回原地，集结待命，全线停止攻击。
全线停火后，彭总要求六军很好总结经验，并把野司炮兵营调给六军指挥，再进行三天时间的充分准备，争取一举攻克营盘岭。按照彭总的指示，认真总结这次进攻受挫的原因，大家认为：我军的火力太弱，而且比较分散，战前对地形和敌人的阵地构筑以及火力配备情况摸得不透，四十六团进攻道路选择的不当等等，最根本的原因是领导思想上存有轻敌急躁情绪。组织师团干部逐项研究了再次攻击的各项准备工作，并将部署作了一些调整。“充分准备争取一举攻克营盘岭”已成为全军上下的一致决心，无论前方和后方，无论部队和机关，都紧张地投入了战斗。野司野炮营及时赶到，17门野炮和3门榴弹炮，由骡马牵引着，隆隆地走过九条路口时，住在那里的机关干部，战士都兴高采烈地跑来观看。野炮营上山时，因坡陡路窄，骡马将炮拖不上去，十六师司令部通讯科长、党支部书记许会增同志一声号召“同志们，来呀，把炮推上去！”站在路旁的同志们一涌而上，驻在附近的军师两级机关干部也跑来了。大家组织起来，修路的修路，推炮的推炮，忙得不亦乐乎，兵团徐立清副政委和兵团检查组的同志也闻讯赶来参加这场紧张的战斗。经过大家一番努力，终于将十几门野炮和十几门山炮以及榴弹炮、重迫击炮推上山去。投入阵地共计野炮17门、山炮15门、榴弹炮3门，重迫击炮6门，再加上各团的迫击炮也集中使用，分别组成两个火力队，由十六师吴宗先师长和十七师袁学凯副师长负责指挥。十七师以五十团为突击队，四十九团为二梯队，主攻营盘岭西南阵地；十六师以四十六团为主攻，四十八团为预备队，攻击营盘岭东南阵地。
8月25日6时，雨过天睛，六军军长罗元发进入前线指挥所，举目四望，周围一片漆黑，点点繁星，在夜空里闪闪烁烁，皋兰山上下，平静的出奇，两眼紧盯着时针，一分钟、二分钟、三分钟，6点30分，突然两颗红色信号弹腾空而起，刹时间，整个营盘岭发出惊天动地的巨响，一条条火舌，带着指战员们的深仇大恨，飞向敌人阵地上。我军强大的炮群，从营盘岭、三营子东西三面环形阵地上，向敌方猛烈发射。数十门榴弹炮、山炮、野炮、战防炮和更多的迫击炮，六零炮打得敌人晕头转向，敌阵地上黑烟滚滚，火光冲天，半个小时后，步兵们在硝烟笼罩下，发起猛烈冲锋，很快就把红旗插在敌人的第一道工事前沿。
数10门榴弹炮、山炮、野炮、战防炮和更多的迫击炮、六零炮从营盘岭、三营子东西南三面环形阵地上向敌人猛烈射击。打得敌人懵头转向，敌阵地上黑烟滚滚，火光冲天。半个小时后，步兵们在硝烟笼罩下，发起猛烈冲锋，把红旗插在敌人的第一道工事前沿。垂死的敌人，在凶恶的督战队威胁下进行反扑，我十七师炮兵群一阵轮放，打向敌人的交通壕和机枪掩体，打得木断石飞，敌尸遍地。当时俘虏的马匪二四八师二团三营少校副营长承认：“你们的炮火一响，我们的部队官不管兵，兵不顾官，钻进工事里不敢抬头，等到工事打平了，人也埋没啦。”
我六军担任主攻营盘岭的指战员，在猛烈炮火的掩护下，沿着交通壕进到敌前沿阵地，但被三道哨壁档住了去路，有二丈多高，没有梯子无法攀登。爆破组爆破一次，只塌下一两筐土，无济于事。决定连续爆破，打开缺口。爆破组好几位同志在爆破中牺牲了。敌人用机枪严密封锁着我们前进的道路，而我运动到前沿的四个连队一时上不去，下不来，暴露在敌人火力之下，眼看就要遭到重大伤亡。在这紧急关头，身负重伤的三营七连指导员曹德荣同志一下子抱了三个炸药包，大声一喊“跟我来”，首先冲上去，两个战士应声也跟着上去，敌人射来密集的子弹，一个战士牺牲了，曹德荣同志心中升起一团怒火，他一连仍出两颗手榴弹，趁着浓烟升起的一刹那间，抱起沉重的炸药包，强忍着浑身巨痛，左翻右滚终于和另一个战士靠近了峭壁。峭壁被削得如同墙壁，没有支架，无法发挥炸药包的威力，曹德荣同志朝身后的战士交待了一声，便双手托起炸药包按在崖壁上，回头向那个战士喊道：“快撤！”那个战士有些犹豫，曹德荣同志大声喊道：“我命令你撤下去！”战士含着眼泪翻身滚下山坡，一声巨响，峭壁炸开了。曹德荣同志为解放兰州献出了自己的生命，为部队炸开了前进的通口。战士们高呼着曹德荣的名字飞快从这道缺口向山头冲去，与敌人展开了争夺阵地，甩手榴弹、拼刺刀，打得异常激烈。敌人死的死，伤的伤，侥幸活命的抱头鼠窜，只顾逃命，主攻部队占领了敌人的第一道防线，胜利的红旗在头道崖坎上飘扬。
第二道防线是敌人苦心经营的堡垒，比第一道防线还坚固，敌人的反扑更加疯狂。军里要求部队采取“贴药”战术，进到哪里贴到哪里，不能后退一步。主攻部队分成两部分继续进攻，向敌人纵深阵地扩展。为了有效地消灭敌人，采取近距离射击，每一颗手榴弹都要准确地落在敌群里。战斗在激烈地进行中，团长连承先准备把伤亡较大的三营换下去，而三营的教导员闫泽民说什么也不同意。他说：“我们就是只剩下一个人也要守住阵地。”敌人企图从一点上突破，把大量的炮弹、子弹泄在九连阵地上。在这极端困难的情势下，战士们怀着“誓与阵地共存亡”的坚强信念，英勇顽强，浴血奋战，打退敌人一次又一次的冲锋，最后全连只剩下七个人了，敌人几次反扑都没有成功。敌人为了夺回阵地，马继援下令，反攻一次，发一块银元，多则五元，少则三元。我野炮团在团长郭思爱、副团长刘德天指挥下，炮兵们在战壕里两手不停地转动着高低和方向分划转扭，由左至右，由上而下，目不转睛地搜索敌情。突然在炮镜内出现了黑压压一群身穿背心短裤，腰里带满了手榴弹、手提大刀的亡命之徒，从三营子右侧成四路纵队，恶狼似的向我军扑来。从炮镜里向前看去，只见敌人排成一列一列的，一条腿跪在地上，右手持着大马刀，低着头，这是敌人在反扑前念经赌咒。我炮兵团长一声令下：“给我狠狠打”，“正前方，敌步兵群，距离二千八百，放！”轰！轰！火炮发射了。第一群炮弹在敌群中爆炸了，把前面正在念经赌咒的敌人炸得血肉横飞。没有炸死的敌人，扔掉马刀，抱着脑袋逃跑了。后面有些敌人仍然不知死活地继续向前反扑。轰！轰！又一群炮弹爆炸了，立刻又炸倒了一片。就这样连续十几次反复轰炸，炸的敌人尸体遍地。有的敌军官举起马刀，刚喊一个“冲”字，一颗颗炮弹飞去，连人带刀炸的七零八落。大部分敌人连忙往回炮，跑在前面的当场被督战队打死了几个，逼着士兵掉头向前冲。敌人黑压压的一片又向阵地压来，情况十分紧急。如果我们的阵地被攻下，后果是不可设想的。炮手们怒火满腔，瞄准敌人，连续开炮，一连串的炮弹飞向敌群，被炸掉脑袋的，炸断胳膊的，炸断腿的，尸横遍地。枪声、爆炸声、冲杀声、哭喊声响成一片。敌人死的死，伤的伤，能跑动的拼命往回跑，督战队只顾自己逃命了，白花花的银元撒了一地，也顾不上拾了。
打退敌人的反扑，我军发起冲锋，十七师五十团如蛟龙出渊，直扑第二道防线，迅速逼进敌人的前沿阵地。十六师四十六团同时发起攻击，他们紧密协同，冲向敌阵地。敌人急忙爬起来抵抗。我们的轻重机枪一齐向敌人猛烈开火，一场血战开始了。枪声、炮声同手榴弹、炸药包的爆炸声响成一片。我们的指战员子弹打光了，用手榴弹，手榴弹用光了，拼刺刀、刺刀折了，赤手空拳和敌人肉搏。前仆后继，视死如归。有的连队只剩下十几个同志，几次命令后撤休息，但他们一直坚持战斗，战士们说：“不把红旗插上营盘岭决不下来。”不久又突破敌人的第二道防线，红旗很快插到半山腰。红旗是胜利的的象征，指战员看到了红旗，受到很大的鼓舞，更加勇敢地战斗着。突然，旗兵被敌机枪打中，继承人毫不犹豫地跑上去接过红旗；又一个旗兵倒下了，第三个接着再冲上去，红旗始终在前面高高飘扬，激励着大家前进。
这时已是中午12点钟左右，四军已将沈家岭的狗娃山攻下来。右翼的六十五军，经过反复战斗，打跨了敌人十几次反扑，打得英勇顽强，正胜利地向前