從此戰況愈來愈緊，形勢急轉直下，各個陣地俱遭到解放軍猛烈炮擊，工事多被摧毀，守兵不斷傷亡。先遣隊隊長被擊斃，殘餘官兵被俘。解放軍由正面和右側同時發動反攻，以泰山壓頂之勢從兩面高山殺下，向第一二三旅全線陣地猛衝，有的陣地被連續衝擊發生白刃肉搏，死傷枕藉，炮兵營長亦遭炮火擊斃，山炮一門被擊毀，兩門因無炮彈已成癱瘓，騾馬被打得四散亂奔。派往後面任掩護並與援軍聯絡的一個加強排也無影無蹤。
在戰鬥緊張時候，雖由西安派來三架飛機參戰，投下幾枚小炸彈，對英勇善戰的解放軍絲毫沒起作用。
首先第三六八團陣地全部被摧毀，團長失蹤，官兵無一人撤回。由於一個團被消滅後，旅只殘存三個小山頭的陣地，解放軍的火力更加猛烈地集中在塊狹小的陣地上，更顯得銳不可擋。第三六七團的大部官兵傷亡，陣地失守，電臺被炮彈打得粉碎，同各方聯絡斷絕，情況不明。各路援軍均被解放軍阻擊未到，而解放軍則不斷向陣地周圍湧來。這時，我們看到前途已經絕望，立即帶著殘部突圍，多次衝擊俱未成功……
就在這個時候，綏德警備區四、六兩團，在司令員吳德峰的率領下，於烏龍鋪以西的石板村和沙柳灘，跟劉戡派出支援鍾松的整編十二旅、五十五旅展開激戰，一舉擊垮劉戡的警衛連，若不是劉戡跑得快，差點做了俘虜。
直到黃昏前，劉戡的部隊距離鍾松的陣地還有30多里。孤軍深入的整編三十六師，只能束手就擒了。
驕橫一時的鐘松，盼援軍無望，暴跳如雷。眼看形勢急轉直下，陣地相繼丟失，電臺亦被擊毀，各方聯絡斷絕，便和一六五旅旅長李日基等換衣化裝，乘黑夜逃跑了。
西北野戰軍經過激戰，當天黃昏殲滅了整編三十六師師部及兩個旅，共6000餘人。戰鬥結束後，敵整編第一二三旅旅長劉子奇身著士兵服裝，混在俘虜隊伍裡。這位國民黨旅長，是典型的行伍出身，從二等兵到旅長，戎馬生涯幾十個春秋，來一二三旅前，曾是湯恩伯的參謀長。
他被認出來後，在我軍幾名士兵看押下，步行18里路，來到一個村子裡的破窯洞前。只見一個穿灰布軍裝的人，中等個子，黑紅臉膛，腰裡紮根皮帶，腳下穿雙布鞋，大步迎上來。
劉子奇萬萬想不到，這就是使自己成為敗將的大名鼎鼎的彭德懷。
劉子奇見過彭德懷之後，得知《晉綏日報》有一條訊息說，被解放軍俘虜的李昆崗、李紀雲、麥宗禹聯名致電，向劉子奇和所屬官兵表示慰問。
電報原文如下：聞兄等在陝北沙家店戰役被解放，在兄等或懊喪莫名、恐懼終日，但弟等聞訊之後，卻深為兄等慶欣，因弟等來解放區之後，倍受優待，生活毫無
痛苦，而且親身體驗到民主自由生活的愉快，既不做蔣介石反民主內戰的工具，也不做美帝國主義侵略中國的清道夫，解除了內心與精神上無限桎梏，認識了中華民族解放事業的正確道路，甚願等剔除煩惱，攜手共進，為實現我國的獨立自由民主和平而奮鬥。
電報後面的署名是：前一六七旅旅長李昆崗，三十一旅旅長李紀雲，一三五旅代旅長麥宗禹，一二三旅三十六團副團長何於林，三十一旅副旅長周貴昌，參謀長熊宗繼，九十二團團長謝養民，一三五旅參謀主任祖舒，政治部副主任王交雲，四○四團團長陳簡，四○五團團長蕭伯廉，八十六師二五六團團長李含芳，團副康俊昌，陝西第二區行政督察專員嚴察師。
劉子奇同這些老相識見面了，他的原部下何干林風趣地說：“我是先來給旅長打前站的，現在房子也號下了，一切都準備好了，旅長也到了。”
此後，劉子奇參加了革命隊伍，任第一野戰軍司令部參謀處參謀，主編《野戰軍》雜誌。
毛澤東十分關注沙家店一仗。他心裡很清楚，這是爭奪西北戰場主動權的關鍵一仗。如果打好了，就會迫使胡宗南收縮兵力，西北野戰軍可以外線出擊，從根本上改變西北戰局。如果打不好，我軍就只有北走神府，進入晉綏。這是一步死棋。
通往西北野戰軍的電活鈴響了，一直守在旁邊的毛澤東一把抓起。
“你是李德勝嗎？”彭德懷在電話裡問。
毛澤東已經預感到勝利，他稍稍停頓了一下說：“不，我是毛澤東。”
彭德懷開始有點詫異，可他突然意識到，毛澤東放棄自己的化名，公開了自己的身份，這說明西北戰局已發生根本性的變化，中央機關再也用不著躲躲藏藏了。他興奮地說：“毛澤東同志，