华北全境解放后，第18兵团于1949年4月25日即奉中央军委命令编入第一野战军序列，配合第一野战军主力解放西安，5月16日，徐向前调离，以周土第继任兵团司令员兼政委，第一副司令员兼副政委王新亭，第二副司令员兼参谋长陈漫远。

1949年，是解放战争的最后一年，全国形势发生了根本变化。2月至3月，人民解放军第一野战军发动春季攻势，解放铜川等10座县城。5月，西安解放在即，胡宗南的主力6个军已陆续撤到咸阳、乾县、礼泉、永寿地区，胡宗南决定从宝鸡沿川陕公路入汉中。准备等待时机，联合“二马（马步芳、马鸿逵）”反扑关中。我军抓住这一有利时机向西追击歼敌主力，并乘机解放西安。   

胡宗南为了保卫国民党在西安摇摇欲坠的政权，5月17日，他决定把主力撤到秦岭以南，留守西安的任务交给17军以及西安的地方武装；留守部队从西安至宝鸡一线布防，以阻击解放军追击南下，待机反扑关中。5月20日黎明，解放军6军16师、17师在强大炮火的掩护下，从咸阳强渡渭河，向敌人发起进攻，全歼守敌800多人后，乘胜追击。驻守在西安的国民党部队，在我军从四面八方攻入城后，国民党嫡系第17军大部被歼，军长杨德亮听说我军到了西安，即率残部逃入秦岭一带。

1949年5月20日下午5时，解放军完全控制了西安市。22日下午，我军入城。两天后，西安市军事委员会正式成立，贺龙任主任，贾拓夫、赵寿山、甘泗淇任副主任。6月初，胡宗南集团和青海、宁夏的马家军结合起来，组建11个师的“援陕兵团”，想夺回西安。当胡宗南和“二马”（马步芳、马鸿逵）的部队开始联合进行反扑时，我华北18、19兵团的部队已经大举进入陕西。为了诱敌深入，并掩护华北兵团集结和敌人展开决战，一野司令部改变计划，只以少数兵力抗击敌军，主力按部署向东转移。敌人发现我军东移以后，马继援集团误以为我军是败退，即加速向前推进。我第2军抓住敌孤军深入的机会，在6月12日夜间将敌军部和165师包围在眉县金渠镇地区。经过激烈战斗，到13日晨将敌165师大部歼灭，俘敌师长孙铁英以下2000多人。赶来增援的马继援亲率82军3个师，向咸阳猛扑，企图直取西安，13日窜到咸阳以北，即对我军进行集团冲锋。我61军以猛烈的炮火还击，激战一昼夜，敌被击毙2000多人，狼狈退到礼泉一线。马继援命令3个师分两路企图突过泾河，在临泾渡、修石渡又受到我军严重杀伤，只得在骑兵掩护下向礼泉、乾县以北撤退。进到渭河边的胡宗南部队，见马继援部遭到惨重打击，甚为恐慌，在乱打了一阵炮之后，以坦克殿后全线败退。胡宗南和“二马”反扑西安遂以失败而告终。

在击退胡马军联合反扑之后，我华北、西北兄弟部队胜利会师关中，使关中地区全部解放。这次战役更重要的是为解放全西北、支援西南战场打下了坚实的基础，并创造了极为有利的条件。不久，我西北人民解放军便以关中为前进基地，继续乘胜进军，直至解放整个大西北。