12月下旬，西路军以5军开路，9军和指挥部居中，30军断后，顶风冒雪向西开进。

1937年1月1日，红5军攻占高台县城。这一带粮食较多，西路军停下来进行短期休整。

如果红军继续向西走，马步芳是乐得让他们快点离开的。

可红军一停下来，他又急了，立即调动2万部队围攻过来。

1月5日，西路军指挥部各机关和红9军在甘州(今张掖市)西南的甘浚堡遭到马家军骑兵突袭，结果部队被打散，损失200余人及大部分电台等通讯设备。

此后西路军各部队联系不便，严重影响了统一指挥。

1月16日，中央来电要求西路军分兵向东。此时西路军人困马乏，损失严重，可说已到危急时刻，中央如何这样要求呢?

原来此时蒋介石已回到南京，将张学良扣押，国民党大军兵围西安，局势又紧张起来。

中央又有了放弃陕北的打算，想让西路军东进配合。

而马步芳已看清了形势，立即向蒋介石表示效忠，同时集中兵力开始猛攻西路军。

1月12日，马家军以一部兵力进攻红9军和30军，主力则绕道向西围住了高台。

此时高台城内有军长董振堂在内的红5军3000余人，5军政委黄超带着5军仅有的一部电台和部分兵力驻守临泽，高台守军遂与西路军总部失去了联系。

马家军猛烈进攻高台，红军苦守数日，顽强击退了马家军的一次次进攻，最后枪弹耗尽，开始展开肉搏。

军长董振堂一面指挥部队战斗，一面准备突围。不料政委黄超派人送来一信，要求5军死守高台。

董振堂长叹一声，这个自宁都起义以来屡建战功的红军著名战将，已决心与高台共存亡。

1月20日，马家军再次向高台发动猛攻。红军用刺刀、砖瓦与敌拼搏，董振堂手提大刀亲自登上城墙指挥部队战斗。

马家军仗着兵力优势一次次轮番进攻，终于攻进城内。红军战士依托城内建筑，逐街逐屋地与敌人展开巷战，城内到处是惊心动魄的浴血拼搏。

激战至最后，军长董振堂、军政治部主任杨克明、13师师长叶崇本壮烈牺牲，3000多红军战士大部战死，少数重伤被俘。

马家军不但屠杀了全部俘虏，还残忍地将董振堂和杨克明的头颅割下，送到西宁去向马步芳请功。

几十年后，董振堂的遗孀见到了当时拍下的首级照片，泪如泉涌。

董振堂牺牲后，国民党将其头颅在高台县挂了很多天，用铁丝捆着两个耳朵，吊在城墙上。他家人每看到这张照片，都禁不住泪流满面。

后来叶剑英等人特意到高台寻找过董振堂的尸体，遗憾的是一直没有找到。

西路军总部开始并不知道高台被围的消息，直到1月23日才得讯，急派唯一的骑兵师前去救援。

路上遭遇优势的马家军骑兵，经过一场血战，红军骑兵大部伤亡，骑兵师长董俊彦和政委秦道贤也牺牲了。

身负重伤的红九军军长孙玉清被俘后，因决不投降被大刀砍死；三十军八十八师师长熊厚发身负重伤，被马步芳绑在大炮筒上，活活轰死。

有2400多男红军战士被就地活埋，有的被火活活烧死，有的被钉死在树上……

当时担任红五军四十五团政委的张力雄回忆说，“他们(马步芳部队)把俘虏的女同志，拿去集体轮奸以后，把衣服裤子脱下来，阴道上插高粱杆，捆到树上示众……”

当时的红军总医院二所护士牟炳贞描述得更是触目惊心：“一把把你抓起来，裤子脱掉，把树削得尖尖的……就这么死掉。”

妇女独立团的女战士被俘后，遭受的苦难最为深重。

被俘的女红军被马步芳、马步青作为战利品赏赐给各级军官做妻妾。有的被转卖多次，有的被迫自杀，有的惨遭杀害，有的四处飘零。