（图文无关）
战斗打响之后，敌人立刻对西北角上的碉堡发动了进攻，三十九团加强排的战士依靠防御工事的掩护，顽强地打退了敌人的多次进攻，并歼灭敌军一千余人。
敌人用了一周的时间都没能攻下碉堡，恼羞成怒的敌人在碉堡下堆放大量的干草，燃起大火。
最终战士们无法控制火势，无奈之下战士们在排长的带领下毁掉了武器，最终爬上堡顶，牺牲在火海之中。
（西路军战士照片）
而在另一侧的碉堡，四十五团也和敌人展开了激战。虽然高台县城的防御工事很坚固，但敌人有空中支援，加上敌人集结了大量的火炮连续轰炸四五个昼夜，我军不得不从碉堡中撤离。失去两个制高点，敌军也开始计划对高台县城进行全面进攻。
此时红五军的弹药已经消耗殆尽，而且唯一的一部电台还留在了临泽，因此红五军完全失去了与外界的联系。
面对如此绝境，军长董振堂命令战士们加固工事，同时搜集了城内的木头、石块当成最后的武器，对方在城墙之上。
1月18日晚，敌人发动总攻，我军只能依靠石块攻击云梯上的敌人。不过敌人头顶铁锅，并没有受到影响，我军战士只好拿着木棍守在城头与敌人战斗，并打退了敌人的多次进攻。
（被*害的西路军战士照片）
可在作战过程中，红五军遭遇了大量的牺牲，战斗力也越来越弱。最终董振堂决定挖地道带领战士突围，保留有生力量。
不过此时他们接到了军政委发来的信件，上面写着高台是打通国际交通线的关键据点，一定要誓死保卫。
于是董振堂召集所有干部，下令与高台共存亡。之后战斗持续了两天两夜，红五军的战士想着只要坚持下去，等到援军就可以守住高台城，可是他们还没能等到援军，高台城便失守了，董振堂也在战斗中牺牲。
（西路军纪念碑）
最终红五军3000多名战士除了少量战士在当地百姓掩护下突围，其余几乎都在战斗中牺牲，敌人在艰难取胜之后，集中残*了被俘的西路军战士，还有人割下战士的头颅拍照邀功，这也是红军作战史中最惨烈和悲壮的战斗之一。
五、成立新兵营在高台失守之后，西路军再遭重创，战斗力严重不足。
虽然当时西安事变已经和平解决，但是蒋介石在返回南京之后，立刻囚禁了杨虎城与张学良，因为担心事态发生变化，党中央无法派遣部队向西路军提供支援。
