6月10日，胡马集团对第一野战军阵地发起联合反扑。由于胡宗南迭遭解放军歼灭性打击，此次又于撤退中转为“反攻”，行动谨慎，而青宁二马过去受解放军打击较少，行动较为积极。当日，陇东兵团沿西兰公路进至永寿、崔木一线，11日，第82军先头进至大小竹杆。宁夏兵团之第11、第128军先头到达监军镇和关头镇地区后，遭第一野战军第6军和第3、第4军迎头痛击，被歼1000余人。与此同时，胡宗南除以第36军（欠第123师）向斜峪关推进外，主力第90、第38军向岐山、蔡家坡地区进攻，于马家、安华、三庄子、赵家之线遭第2军顽强抗击，被歼800余人。陇南兵团向凤翔缓慢推进。
鉴于胡马集团配合紧密，兵力占据优势，而第18、第19兵团主力还未到达，与胡马决战时机尚不成熟，为争取时间，第一野战军首长决定改变阻胡歼马计划，主动后撤待机。并作出如下部署：第1、第2军南渡渭河，撤至眉县、周至、户县地区；第3、第4军转向三原、云阳、泾阳及其以西地区；第6军转至石桥、王桥地区；以已赶到西安的第18兵团第61军第182师担任西安防务，以第181师和第183师位于咸阳以北及西北地区，构筑工事，阻击由兴平、礼泉方向来犯之国民党军。
6月11日晚，第一野战军各部开始后撤，12日进至指定待机位置。胡马发现第一野战军主力东移后，误认是败退，马继援遂即指挥各部分头向武功、杏林、兴平、监军镇和咸阳方向跟推；胡宗南集团主力则在裴昌会的指挥下，由扶风沿宝成公路向武功推进。其中第36军（欠第123师附第165师）单独由斜峪关沿渭河南岸东进，企图经宁堡、金渠镇向西安前进。11时许，该军进入金渠镇地区，第一野战军第2军迅速抓住战机，于当晚将其右翼之第165师包围，激战至次日2时许，歼其大部，俘师长孙铁英以下2200余人，第36军军部率第28师退入五个堡子转入防御。
第2军在续歼其1个辎重营后，因第65、第38军已由眉县附近渡过渭河前来增援，为避免陷入不利地位，第2军主力转至周至哑柏镇、横曲镇地区。
第61军受领任务后，军党委发出政治动员令，号召全体指战员“打好仗，以战斗的胜利来答谢西北人民的热情欢迎与华北人民期待捷音”，坚决守住成阳，确保西安。各部队积极响应军党委的号召，群情振奋、斗志昂扬。12日进入防御阵地后，不顾疲劳，积极加修工事、准备给来犯的国民党军以迎头痛击。6月13日，马继援率第82军越过宁夏兵团第11军和第128军的防线，在炮火的掩护下，以第248师从东北方向，第100师从正北方向，第190师从西北方向同时对咸阳发起猛攻，特别是东北和西北方向，青马军以整营的兵力进行连续集团冲击。第61军虽顽强抗击，给其重大杀伤，但由于部队长途行军后，未及休息即投入战斗，在反复冲杀中十分疲劳，加上对青马军骑兵集团的连续冲击缺乏对付的经验，致使前沿阵地大部失守。在非常困难的情况下，广大指战员发扬了无比英勇顽强的战斗作风，利用残垣断壁作依托，继续奋勇抗击。战斗中，第181师第542团第8连50余人连续击退了青马第248师整营兵力的9次猛攻，歼其200余人，为保障全线右翼的安全作出了贡献。入夜，第61军发起全线反击；经13个小时激烈战斗，收复全部前沿阵地，俘第82军第248师师长韩有禄以下2000余人，迫使马继援退守礼泉一线。第61军伤亡200余人。
14日，胡宗南以第65、第38军及第36军残部沿渭河南岸，以第90军沿渭河北之陇海铁路，陇南兵团沿铁路以北之宝鸡至咸阳公路东犯，在第一野战军第2军部队的节节抗击下，进展迟缓，迄16日，分别进至周至地区之焦家镇、终南镇和兴平之线。
6月15日，中央军委致电彭德怀、张宗逊、赵寿山指出：“你们放弃三角地带，引敌深入准备反攻的部署是适当的，但请充分注意马匪有利用我军分置泾渭两路，中间薄弱，采取中间突破进取西安，使我两路不能联系之可能。如敌采此战法，你们是否有固守西安的可能和决心，或者放弃西安引敌入西安然后歼击，何者为宜。又如马匪占领西安，我一二两军是否能集中歼灭胡匪，首先打开一面的可能。均请电告。”当日24时，彭德怀、张宗逊电报中央军委：“我兵分两路处泾北渭南，中间薄弱，马匪乘弱中央突破，在十四日前，此顾虑甚大，现十八兵团已有五个师到西安，余在续运中。七军已集结草滩镇以北，马匪攻咸阳受挫后，北撤十里，骑兵两个团窜扰淳化、口头镇、小丘、方里，威胁耀县、三原。寒酉胡匪之八十四师袭击坝桥未成，被我六十军一部击溃，正追击中，十七军由东西涝浴口窜袭户县，歼灭约一个营，至十九日后，我可集结三至四个军寻机歼击胡匪一两个军，故不准备再放弃西安矣。”
第一野战军为吸引和抑留胡马集团于咸阳城外及礼泉、兴平、周至地区，争取时间集结兵力，歼灭胡马主力，于16日，作出如下部署：以第1兵团之第1、第2和第7军（第7军6月13日到达三原、泾阳地区归建），集结庵镇、户县、秦渡镇及其南北地区，在兴平、周至及秦岭配备坚固纵深野战防御，控制主力于户县城东地区。第18兵团仍以第61军主力守备咸阳、西安（各1个师），以1个师于咸阳以南沿渭河南岸配备纵深防御；第60军集结三兆镇、韦曲镇；第62军以一部沿草滩镇至咸阳组织防御，置主力于西安城北和城西地区。第2兵团主力集结泾阳、云阳、石桥、王桥地区，沿泾河左岸布置防御，并尽可能保持泾河右岸之北屯镇、修石渡桥头阵地，随时准备向礼泉、兴平出击，配合主力作战。第19兵团由禹门口渡河后，集结三原附近地区。
6月19日，中共中央西北局、第一野战军前委在西安建国公园野战军司令部驻地召开会议，会议根据胡马联合反扑的形势，在‘认真研究分析了战场情况后认为：第一线双方兵力大体相等，胡马3个兵团、11个军、32个师共21．3万人，第一野战军3个兵团、9个军、27个师共24．8万人。因此，守西安并利用西安、咸阳坚城耗敌，集中机动部队寻机打击胡马一路，歼其几个军是完全可能的。关键是等第19兵团到达，集结主力歼胡马于西安附近。
彭德怀最后说，现在不是放弃西安的问题，而是如何利用敌人攻我之机会吸住敌人，歼敌于西安附近。放弃西安于政治、军事和士气均不利。应利用西安、咸阳坚固据点诱敌深入：对于击胡还是打马，他认为：按目前态势，打马比较理想，但在胡马两军乘我第19兵团未到前，实施联合反扑迫我决战的情况下，也可以先歼击战斗力较弱的胡宗南部，特别是敌威胁到我不能守西安时，须集中兵力歼敌一两个单位，以迟滞其进攻（即部分决战）。
这时，胡宗南见马继援部遭到沉重打击和发觉第18兵团及第19兵团先头部队已到达西安地区后，甚为恐慌，遂全线撤返原防。
青宁二马也随即撤向永寿、崔木镇一线。至此，胡马联合反扑西安的企图遂以失败告终。
在此期间，在全国和西北胜利形势的影响下，驻守陕北榆林之国民党军晋陕绥边区总司令部、第22军军部及所属1个师共4695人，在中共西北局和西北军区的军事压力与政治争取下，于6月1日由军长左协中率领宣布起义，榆林和平解放。随后，起义部队按照人民解放军的制度改编为西北军区独立第2师。
7月3日，第19兵团第63、第64、第65军全部进抵富平、三原、高陵、泾阳地区。第18、第19兵团加入西北战场作战，使西北地区长期以来敌强我弱的形势发生了根本变化，第一野战军已由原来的15万人，增加到12个军、35个师共34万人，连同地方部队，总兵力已达40万余人。而且兵力集中，士气高昂；西北国民党军虽仍有40万人，但兵力分散，士气低落。这表明，歼灭胡马集团解放大西北的条件已经具备。