1949年8月21日至26日的兰州战役，是解放战争时期西北战场的一次决战性作战。我第一野战军同盘踞兰州的国民党军展开了一场殊死血战，不仅消灭了国民党军在西北地区的马步芳主力，使西北其他敌军完全陷于分散、孤立之境地，而且打通了我军西进青海、宁夏和甘肃河西走廊的门户，为解放整个西北创造了有利条件。
1949年，解放战争进入最后阶段，人民解放军以排山倒海之势，横扫千军如卷席，开始了波澜壮阔的大进军。遵照中共中央军委指示，人民解放军进行整编，西北野战军改称第一野战军，彭德怀任司令员兼政治委员，辖第1、第2兵团。后华北第18、第19兵团进军西北，编入第一野战军序列。
彼时，国民党集团虽然败局已定，但仍不甘心失败，妄图保住西北、据守西南，以待他日卷土重来。龟缩在西北地区的主要是胡宗南、马步芳和马鸿逵集团，其中胡宗南部主力约17万人猥集于陕中及渭河流域，青海马步芳（青马）部、宁夏马鸿逵（宁马）部及蒋系部队约14万人分别防守甘、青、宁3省，另有陶峙岳部和邓宝珊部共约8万人分别驻守新疆和陕西榆林地区。
兰州因地处皋兰山麓而得名，位于甘肃省中部，是西北地区第二大城市、河西走廊东段门户，也是连接甘肃、宁夏、青海、新疆4省的交通枢纽，自古以来便是中原通往西北各地的要冲，战略位置十分重要。当时，这里正是国民党在西北地区的政治、军事中心。
兰州城夹山带水，城北是滔滔黄河，四周被群山环抱，地势险要，易守难攻，尤其是城南郊绵延20公里的南山，堪称全城的天然屏障。早在抗日战争时期，国民党就构筑了永久性工事，后经不断增修，逐渐形成以马家山、营盘岭、沈家岭为主体的三大防御阵地。主阵地和外围阵地均构筑能相互支援和掩护的钢筋水泥碉堡群，阵地外斜面还修有环形人工削壁，削壁上暗藏机枪射击孔，与地上碉堡内的火力交织成一道道难以逾越的火力网。不仅如此，削壁外还筑有外壕，壕外附设了大量的铁丝网和地雷，俨然将其打造成了一座“金城汤池”。
马步芳深知兰州决战不容小觑，胜负成败关乎其生死存亡，因而将主力倾囊搬出，全部用于防守兰州，并委派自己的儿子马继援坐镇指挥。
一方面，马步芳派出其最精锐的第82军下属第100、第248、第190三个师分别扼守兰州东、南、西三个方向，以第129军防守兰州城区。另一方面，他将第91、第120军和宁马第81军3万余人置于兰州东北方向的靖远、景泰一线，保障左翼安全；以新组建的骑兵军2万余人，防守兰州西面的临洮、洮沙等地，保证右翼安全。马氏父子吹嘘“兰州是攻不破的铁城”。
青马摆开架势、妄图死守，兰州决战必将是一场艰巨的攻坚战！但彭德怀深知，在兰州歼灭青马对西北整个战局是有利的，如果让马步芳逃回青海，势必增加我进军作战的困难，延长解放西北的时间。因此他对部属说：我们不怕他守，而是担心他跑掉，如果他真的不跑，就到了我们把他消灭的时候了。
8月4日，彭德怀向各兵团发出解放兰州的命令，拟以一部兵力钳制宁马匪军，集中绝对优势兵力，首先歼灭青甘地区之马步芳部，并准备歼击新疆可能回援之敌。5日，第一野战军政治部发出了解放西北的政治动员令，号召“全党同志及全军指战员、战斗英雄模范工作者，全军一致，勇往前进，为干净、全部消灭青、甘、宁三省匪军，解放整个大西北而战斗。”
从9日开始，第一野战军主力分左中右三路向兰州、临夏方向挺进。至20日，第2、第19兵团顺利占领定西、榆中，会师兰州城郊，从东、西、南三面包围兰州，开始进行总攻前的战斗准备。一场战略决战即将打响。
考虑到我军当时只是完成了对兰州的三面合围，守军随时都有可能从北面的黄河铁桥逃跑，围城后第二天，我军就集中九个团兵力，对南山各要点发起试探性攻击。
在此期间，我第1兵团于22日攻占临夏，青马新编骑兵军未战先溃，一部被歼，大部逃窜；翌日又先后攻占宁定、和政，歼灭青马1000余人，兵锋直指兰州右翼守敌，迫使马步芳紧急从兰州抽调骑兵第8、第14师回防西宁。随后，第1兵团在临夏地区一面准备攻兰战役，一面调查黄河渡口，修造船筏，准备由永靖、循化北渡黄河。
23日，毛泽东同志就歼灭马步芳和攻占兰州问题致电彭德怀等：“马步芳既决心守兰州，有利于我军歼灭该敌。为歼灭该敌起见，似须集中三个兵团全力于攻兰战役”“攻击前似须有一星期或更多时间使部队恢复疲劳，详细侦察敌情、地形和鼓励士气，作充分的战斗准备。并须准备一次打不开而用二次、三次攻击去歼灭马敌和攻占兰州”。
25日拂晓，我军攻城部队按预定计划，采取重点突破、多路围歼战法，兵分多路向兰州发起总攻。我军首先以猛烈炮火轰击，继以爆破扫除障碍，然后向敌阵地的削壁、堡垒和层层防线实施突击。一场前所未有的恶战，在兰州城郊迅速展开。
我第4军首先攻下号称“兰州锁钥”的沈家岭。第11师第31团连续突破守军两道防线，首先攻占沈家岭阵地上的第一道堑壕及第1、2、3号碉堡，接着向第二道堑壕逼近。敌人多次疯狂反扑，企图夺回阵地，双方展开一场殊死拼杀，伤亡都很严重。经过十余个小时的激烈争夺，第4军终于攻占了主阵地。
25日下午，我第6军集中炮火向工事强固的皋兰山主峰营盘岭发起猛烈轰击，将敌大部工事摧毁，但马家军凭借钢筋水泥暗堡拼命抵抗，担任主攻任务的我第17师第50团几次攻击都未成功。危急时刻，第7连指导员曹德荣抱起炸药包冲了上去，迅速爬到削壁下，手托炸药包将削壁炸开，用身体为战友开辟了前进道路。战斗愈演愈烈，敌我双方一度展开了激烈的肉搏战。战至17时，我后续部队终于突破第二、三道削壁，攻占了营盘岭。
同时，我第65军在马家山、古城岭上同马家军反复拉锯20余次，才巩固了既得的第一、二道外壕。接着又连续打垮马家军10余次反冲击，终于攻占第三道外壕并迅速向纵深发展，占领古城岭主峰。
青马南山阵地全部失守，守军伤亡惨重。马步芳鉴于兰州屏障已垮，宁马和胡部均未出援，为保存实力、避免西退之路被切断，决定趁夜幕降临后全线撤退。
攻城部队乘胜追击，战斗从南山阵地向城区延伸。我第4、第6军从西、南两个方向先后攻入城内，第65、第63军从东破门而入，与城内溃敌展开激烈巷战。与此同时，我军迅速向黄河铁桥进攻，集中火力封锁桥面，完全控制了黄河铁桥。战至26日中午，城内残敌均被肃清，我一部兵力通过黄河铁桥，攻占桥北高地，残余守军分向永登、西宁逃窜。至此，兰州宣告解放。
兰州战役是西北解放战争史上规模最大、战斗最激烈的一次城市攻坚战。我第一野战军经过连续奋战，歼灭马步芳主力第82军三个师大部、第129军两个师各一部和三个保安团，共2.7万余人，缴获大批武器装备和军用物资。
兰州战役是解放西北进程中具有重要战略意义的决战，负责左路作战指挥的王震如是评价道：兰州战役是解放大西北的最后一次战役决战；兰州战役的胜利，对彻底消灭西北国民党反动军队，肃清全国反动残余势力，对全部解放西北五省辽阔的祖国疆土，都具有非常伟大的历史意义。