蘭州位於四周環山的狹長的盆地上，黃河自西向東貫穿，蘭州地處南岸，城西有一座剛造的鐵橋聯繫北岸，此橋是當時數千離黃河唯一的橋樑，故軍事價值很大。若控制蘭州，蘭州的南山是必守的陣地。南山自東向西依次爲十里山，古城嶺，竇家山，馬架山，營盤嶺（皋蘭山南樑），沈家嶺，狗娃山。其中沈家嶺離鐵橋最近，又與狗娃山一起扼守着兩條南去的公路，被認爲是“蘭州鎖鑰”。十里山，古城嶺、馬架山，營盤嶺還有左宗棠進新疆前修的部分野戰工事的殘跡。
雖然青馬軍官自己也認爲蘭州因爲山勢陡峭而易守難攻，但事情不那麼簡單。從宏觀上講，南山諸山從東到西是一字排開，但除了東部的十里山是對外呈橫“一“字外，其餘上面提到的諸山都是南北長、東西短的橢圓形山樑，而守住這些山樑，必須在上面構築橢圓的環形陣地，不但戰線數倍放大，而且一開打，前、左、右都可受到攻擊。客觀的說，蘭州既不好攻，也不好守。
等青馬到位十來天后，遠道而來的國防軍也進逼蘭州城外。雙方的佈陣是，青馬方面：青馬騎兵第四團、步兵第三團加青海保安一團守東岡十里山，古城嶺，竇家山，馬架山，其中青海保安一團守竇家山。騎一團主力守營盤嶺（皋蘭山南樑）。步三團主力守沈家嶺，狗娃山，其中步三團一個營守沈家嶺，另外二個營守狗娃山。騎兵第二團和真神軍的一千多槍手守小西胡。小西胡在狗娃山西側後，起掩護作用。馬步芳帶着騎兵第三團作爲機動兵力放在黃河鐵橋附近的村子裡，剩下的幾個騎兵獨立營和真神軍的三千多冷兵器部隊放在了蘭州南城。
從雙方後來的資料對東部青馬步兵第一團防守面的敘述不一致，國防軍方面的佈陣圖標記着青馬的第一步兵團守東岡十里山，但青馬軍官後來回顧，第一團的一個營開戰前調離了蘭州，另一個營佈置在城區，而且這個第一團其實是來自青海的回人士兵，缺乏熱*兵器訓練，戰鬥力弱，因此估計不會讓其守東岡十里山這樣重要的陣地，故採信青馬說法。但青馬回顧資料未談及青海保安一團，此點採信國防軍方面說法。
國防軍方面：步兵第5師攻竇家山、十里山、大漢教導師攻古城嶺，馬架山，盛唐教導師攻營盤嶺，另有奉軍27師一個團佯攻沈家嶺，狗娃山。獨立騎兵11師牽制小西胡敵人並做總預備隊。基本上，除了奉軍的佯攻之外，國防軍是以一個軍攻青馬一個師。
大漢教導師師長鄭維山本來就是甘肅天水人。鄭當年是甘肅鬧饑荒的時候搶大戶的帶頭人，大多數苦哈哈們都死在了馬家軍的馬刀下，他是靠着一段房樑隻身渡過黃河才逃了一條性命。因爲他組織能力比起其他泥腿子強的多，畢竟是挑過頭鬧革命的人，所以在新軍中崛起的非常迅速，經過棗林軍校的深造，在剿匪和東北戰爭中，杜子成覺得他關鍵時候能頂事，有韓信風範，這位瘦小瘦小的西北漢子在五年內成爲
了一名高級指揮員。
青馬主力8月中旬初就趕回了蘭州，抓緊構築完善工事，國防軍8月18日接鍾而至（與青馬後衛第二步兵團保持兩天路程），只准備了一天就開始攻擊。8月20日雙方開打。
事後，國防軍說20、21日的攻擊是“試攻”。其實如果攻下了，也就不說“試攻”了。吳宸軒也覺得杜子成他們創造性的“試攻”大概是進攻失敗後的託詞。
實際上兩個教導師只攻了一天就叫停了，大漢教導師首次與青馬接仗，頭天攻不動，不服氣，第二天接着來，還是攻不動，於是鄭維山哀嘆：我們國防軍部隊歷史上從來沒有攻兩天一個陣地也拿不下來的時候。實際上蘭州戰役前，杜子成同學安排遠道而來的兩個教導師先不參戰，只警戒和牽制馬家軍，報到濟南也得到了總參的贊同，卻急得吳宸軒連連發電，讓杜子成把青馬作戰特點“務必告之鄭、楊等，他們對打馬是沒經驗的”。從大漢師“試攻”兩天的戰績看，吳宸軒多來幾封電報真是不冤枉他。
“試攻”階段，國防軍全線傷亡200人，硬是沒拿下一個青馬陣地。
多年後，一位隨軍記者在採訪曾碰到一個幹部，就是當年在大漢師部隊參加打蘭州的，記得他說：雙方接觸時間短，教導師還沒有完全展開，火力沒有發揚就進入了白刃戰，國防軍的刺刀拼不過青馬的馬刀，還說，青馬反擊時，眼看衝下來，炮兵急忙開炮，傷了不少自己人。不過，說到後來，語氣也挺輕鬆，“再攻攻下了，攻了一天就攻下了”。記者問他“試攻”爲何沒攻下，他說是輕敵。
不管是輕敵，還是準備不充分，或者兩者乾脆就是一回事，反正估計杜子成*當時肯定頭皮發緊，首攻攻不動，二次攻就一定能攻下來嗎？從杜大將軍給吳總座發的電報看，杜是作好了再攻失利準備的。
“試攻”階段，青馬擊退國防軍的步兵，士氣大振。“青馬股份”在陝西失利“暴跌”後“反彈”。其傷亡雖然根本不是馬步芳所說的“百數十人”，但估計比國防軍相比多也多的不算離譜，可能全線不會超過500*人。但馬家父子在欣喜之後，於蘭州攻堅戰決戰打響前逐漸認識到了問題的嚴重性。
首先，青馬堅守蘭州的戰法，工事火力基本爆露，陣地不讓對方攻入，傷亡固然小，但一旦攻入再奪回來，青馬也要付出相當的傷亡，這已被證明。在國防軍優勢兵力火力面前，青馬能否陪得住？其次，馬步芳實行蘭州決戰的條件是蘭州左翼的真神軍的一部分馬匪部隊，漢中的胡軍要作有力配合：真神軍的一路騎兵直接攻擊蘭州外圍的國防軍，一路攻擊定西，切斷國防軍供應線。寧馬再出兵要進攻寶雞。蘭州右翼的安全也要有保證。而現實是，寧馬千呼萬喚不出窩（出窩估計也沒用，已經秘密進入陝西后轉道寧夏的第17師等着呢）。真神軍的馬匪在馬麒的嚴令下，倒是進攻了寶雞，但立即遭到正在遊弋的獨立
騎步第11師德痛擊，大敗而歸。而旭烈兀所部已經直插臨夏，所謂保證右翼安全的獨立騎兵師在國防軍沒到時就已經潰散，眼看旭烈兀部過了黃河就能兜擊青馬西寧老巢。
8月22日，馬麒在國防軍“試攻”中獲勝後離開了蘭州竄回西寧。從各個方面情況看，馬氏父子至少在國防軍總攻蘭州的前一天就已經意識到青馬末日到了。馬步芳臨行前告之馬繼援，若無援軍，撤回青海。
“試攻”後過了三天(實際上，盛唐師德個別地段雙方始終有接觸)，8月25日，總攻蘭州打響。
戰後，雙方在戰線東段（第5師先攻古城嶺，後克竇家山）和中段（盛唐師攻克營盤嶺）的戰況描述是不一致的。國防軍方面的記述是，攻克了陣地，青馬無力反擊，最後潰敗。青馬的描述是，戰況雖然激烈，但遠沒有到支撐不下去的地步，青馬是按照計劃建制完整的主動撤離陣地的。當然雙方的傷亡都不大，但是陣地易手也是不爭的事實、
綜合分析各種資料，可以得出結論，古城嶺、竇家山是在下午4點鐘左右攻克的，當時青馬前線指揮官都知道了要放棄蘭州，這裡的青馬步兵三團和騎兵二團就按計劃就要開始撤離了，當然不會再爭奪這兩個陣地，他們的防區就交給了剛剛會放槍的真神軍。古城嶺、竇家山即使被對方佔領，只要十里山、馬架山不佔領，國防軍仍然不敢從撕裂的口子插入蘭州。而當日國防軍似乎也只滿足攻克古城嶺、竇家山，沒有進逼對手。防守竇家山的損耗主要是青海保安一團，青馬只賠上一個營（國防軍說法），加上古城嶺的損失，整個青馬在陣地上估計損失不會超過750人，因此青馬騎兵步兵的建制較完整的撤離陣地是可信的。
同樣，盛唐師攻的營盤嶺也是這種情況，盛唐師攻了一個白天，也只在下午5點佔領了三營子陣地，前面還有二營子、頭營和皋蘭山主峰陣地，離把騎兵一團趕下皋蘭山還早呢。而這時騎兵一團也在準備撤離，不會反擊了。騎兵一團團長後來自己說其部隊陣地上損失不大，但從戰況看，損失應該大於騎兵四團（騎四團有青保一團墊背）。騎一團也應當說建制較完整的撤離陣地的。同樣，盛唐師佔領了三營子陣地後沒有進逼敵人，到第二天早上才“軍旗插上皋蘭山主峰”。
只有西段沈家嶺，狗娃山，雙方的戰況描述基本一致。青馬方面的回顧者是當時的一名團副，他一個白天直至下午6點多鐘青馬被奉軍團趕下沈家嶺都在那裡督戰。結論是，沈家嶺的確是奉軍攻克的，而從最後時刻青馬步三團團長仍在沈家嶺最後一道防線督戰的情況看，青馬負責防守和增援的部隊也拼到了實在無力再打下去的地步了。但是按照馬麒的計劃，步三團應在晚9點才能撤離沈家嶺，狗娃山。所以，事後青馬把蘭州慘敗的責任歸咎於步三團團長馬振武似乎也說得過去，畢竟一個團對一個團，防守方的優勢要大得多。
（本章完）