陕督张凤翙见起义军来势凶猛，省城西安受到严重威胁，仓皇率军至黑龙口，蓝田进行防御，以民政长宋联奎会办军务，专守省城。3月25日，宋联奎急电段祺瑞、段芝贵，要求豫、鄂两省速派北洋陆军第二师由荆紫关、毅军由潼关、镇嵩军由卢氏，张联升旅由郧西分路进击。
北洋政府为确保西北重镇西安，除令王汝贤第八师和赵倜毅军分左右两路急赴荆紫关，潼关追堵外，又令北京南苑航空学校将法式双翼飞机四架运抵潼关助战，命京畿军事执法处处长陆建章，率拱卫军十二营及雷震春部八个营共约万人，沿京汉转陇海铁路入陕；命川军加强汉中方向防御，命山西都督阎锡山扼守晋南要隘，并增兵潼关，配合陕军作战，命甘肃驻重兵于乾县，凤翔以西，防堵起义军西进。为了统一指挥，以后又命陆建章为“西路剿匪督办”，赵倜为“会办”。袁世凯调集号称二十万大军（实际十余万人），企图消灭起义军于陕西境内。
白朗在攻克商县后，以一部兵力进攻蓝桥（蓝田东南二十五里）、孝义（今柞水），自率主力指向汉中，准备伺机入川。进攻蓝桥的起义军为陕军所阻，遂西趋引驾回，于3月30日克孝义。进军汉中的起义军，于24日占山阳，29日占镇安。31日，张风翙返回省城，与宋联奎共商围攻起义军的部署：令张建有团改骑为步，从大峪口（蓝田西南五十里）入秦岭迎头堵击，陈树藩第四旅由商县西杨家斜南下尾追，飞调驻防汉中的两个营驰赴兴安（今安康），催令汉中镇守使张钫率部进至紫阳、洵阳（今甸阳），扼守汉水要口，防止起义军南下入川，催促豫、鄂各军迅速西进，实行四面围攻。
起义军主力进至镇安，凤凰咀地区后，得悉南下入川的道路已被阻塞，遂与攻占孝义的部队会合，决定出秦岭北上。先在孝义以北的营盘岭将张建有团击溃，毙伤敌营长以下官兵一百二十余人。随后，于4月初分别由库峪，大峪口出秦岭入关中。4月6日克盩屋（今周至），8日渡渭水，经武功直趋醴泉（今礼泉），闻陈树藩旅已进驻醴泉，遂改攻乾州（今乾县）。9日黎明，起义军炮轰县城，乘敌慌乱之际，大队攻进城内。13日、14日又先后攻占永寿，邠州（今彬县）。此时，陈树藩已率部至永寿，他命第七团团长率第三营向邪州进攻，亲率第八团二、三两营及军士队二百余人进攻邠州西南之大峪镇（今太峪）。起义军与陈部激战两昼夜，三战皆败，遂撤离邠州城，进入该县所属之西南山中。之后，又乘陕军不备，于18日、19日先后攻破麟游，岐山。驻凤翔的甘军见起义军来势凶猛，相率退避至陇州（今陇县）一带。此时，赵倜所率之毅军已尾随而至，于4月21日抵凤翔。起义军绕过凤翔，于21日、22日先后破湃阳（今千阳）、陇州。毅军紧追不舍，起义军转入固关山中，据险抵抗。毅军越山绕路，四面包抄。起义军拒敌失利，阵亡一千五百余人，丢失枪支，骡马甚多。在此不利情况下，白朗便率部继续西进，入甘肃境内。
三、入川计划受挫，在甘处境艰危
起义军首先在陕甘边的固关镇与甘肃骁勇军统领崔正午所部近千人接战，一举将崔部击溃，于4月底由张家川进入甘肃境内。甘肃都督张广建急忙在兰州东南地区组织防御，其方针是“一以遏其奔窜，一以跟踪游击”。并作了如下部署，循化、夏河，狄道（今临洮），洮州（今临潭东），岷县，由提督马安良所部及原驻循化，夏河等处各营分段扼守堵截；安定（今定西）、通渭、陇西、狄道四县，由镇守使张定邦所率五营分段驻扎，严守省垣门户，并以余力兼顾会宁一带，宁远（今武山）东南各县，由镇守使马国仁及分统马国礼所率各营分守要隘，并抽调一支部队机动驰击，静宁以东各县，由平凉护军使张行志所部各营分别防堵，并抽调“劲旅”机动作战，由统领吴炳鑫率所部在静宁、通渭、安定、狄道、会宁、陇西、渭源等处游动作战，并与统领张定邦及宁远军联络，以壮声势，甘州提督焦大聚为行营总司令，率所部三营以及分统马永祥三营、统领崔正午所余各队、统领陈正魁三营、帮统马忠孝四营，在营务处金承荫辅助下，即时开赴前线“跟踪痛剿”。
起义军在击溃崔正午部后，即翻越高塬深涧，迤逦西行，抵达通渭、马营一带。为了阻止尾追的毅军，所过之处，在井内塞以死尸秽物，实行坚壁清野。赵倜部有的终日不得一饮，有的两天仅食一餐，骡马因饥渴而死者日有十余头，行军宿营造成极大困难。当赵倜部追至马营南山时，起义军于各要隘设卡据守。赵部分左右两队猛攻，夺取了一些要隘。起义军乘赵部用饭之际，突然从四面围攻，激战两小时后，向宁远方向转移。这次战斗，使赵部遭到相当大的损失，起义军也阵亡二百余人，丢失快杂枪百余支。
5月初，起义军兵锋指向宁远以东的洛门镇。当地驻军马国礼、陈正魁部得悉起义军来攻，“马则逗遛不前”，“陈则卤莽前进，……仓皇迎战”。移时，起义军将陈部三面包围，猛烈攻击，杀伤甚众。陈正魁率残部退守洛门镇，起义军加紧围攻，“逼令缴出快枪四百余杆、子弹约四五万粒，始将该队放走”，洛门镇遂被起义军占领。这时，尾追的毅军因“数十日奔逐，伤病疲劳，为数甚多，随队急迫，必多牵累”，乃派三个统领率八个营轻装向陇西“追剿”，赵倜则“带伤病各兵及辎重暂赴安定休息调养”。这支追赶起义军最卖力的部队，已被拖得疲于奔命，狼狈不堪。
洛门镇战后，适值天雨，赵倜的“追剿”部队被暴涨的河水所阻。起义军乘机于5月3日攻破伏羌（今甘谷），然后直趋陇南重镇秦州（今天水）。秦州守军有总兵马国仁所部五营。马将部队布置在城西之北山、三十里店一带进行防御。4日，起义军先以少数部队进袭，随即且战且退，诱敌脱离既设阵地。马国仁未探明情况，亲自率队追击，结果遭到伏击，被起义军击毙。马部见主将毙命，顿形溃乱。起义军乘势猛追，直逼城下。城内官吏开城投降，秦州遂被起义军占领。
起义军在洛门镇，秦州两战获胜后，士气复振。5月7日取道徽县南下，意欲由此入川。因有川军步兵第十、第十二闭、炮兵第三团在略阳一线堵截，随即经成县转趋阶州（今武都）、文县，拟由碧口入川。5月14日，起义军攻占阶州，川军闻警，即由碧口星夜赶至阶州方向防堵。起义军入川的道路又被堵塞，士气受到一定影响。这时，跟踪追击的毅军，甘军又相继赶到。起义军遂北上宕昌，经哈达铺（宕昌西北六十里）、荔川（今理川），于21日破岷州（今岷县），25日破洮州，威胁兰州。
岷州系藏民聚居区，洮州系回民聚居区。藏、回等族人民既受反动统治阶级的歧视和压迫，又受本民族上层分子的欺骗蒙蔽，与汉族人民之间存在着一定的隔阂和矛盾。起义军进入上述地区后，由于不能正确处理民族关系，因而引起藏、回入民的不满和反抗。如在攻取洮州城时，回族民众和甘军一起据险反击，起义军进城四天，战斗仍未停息。这样，起义军成了与当地人民对立的孤军，人员、械弹无法补充，给养的筹集十分困难，只得杀马充饥。由于提督马安良等所率追兵和地方反动武装已节节进逼，赵倜又率军至狄道堵截，形成首尾夹击之势，起义军陷入十分被动和危险的境地。