9月19日，1兵團2軍5師騎兵團自六壩出動，疾速行軍，于中午1時進抵張掖城郊。5師偵察隊接近張掖城南關后，乘敵立足未穩發起攻擊；5師13團隨即趕到，迅速投入戰斗，包圍張掖城，僅用19分鐘攻入城內，占領敵黨政機關、郵電局、糧倉、銀行及重要交通要道，全殲守敵周嘉彬部120軍245師733、734兩個團及保安3團的兩個連，俘敵734團團長、副團長等官兵759人，繳獲騾馬600余匹，解放軍無一傷亡。并于當晚截獲由山丹西逃的國民黨軍173師騎兵團，迫使其放下武器投降。當日，張掖縣解放。20日，敵西北軍政長官公署黃祖勛部91軍246師之736團團長王振聲、副團長胡勝祥率全團700余人，在張掖以西周家莊向人民解放軍投誠。同時敵第二汽車保養團官兵以維修為名，控制部分汽車。張掖縣解放 后，他們連續工作，修好20多輛汽車交給了解放軍。同日，王震司令員率1兵團兵團部、2軍軍部和4師進駐張掖。22日，2兵團3軍由軍長黃新廷率領進至張掖，與1兵團2軍在張掖縣會師。臨近解放，長期盤踞張掖的國民黨馬步芳新編騎兵軍軍長韓起功，率部屬潛逃至祁連山中的火燒溝臺和灰條溝一帶藏匿，在灰條溝煤窯背煤的原西路軍戰士任廷棟發現后，連夜趕到張掖城向軍管會報告，軍管會即派人前往緝拿，韓起功于9月26日向軍管會投誠。剛剛解放的張掖縣城，由于敵人造謠破壞，蠱惑人心，局勢有待穩定。解放軍進城后，接管舊政權，建立新政權，全力開展政治攻勢，組織若干個宣傳小分隊，深入大街小巷、田間地頭、深宅大院，張貼標語，宣傳政策，組織糾察隊晝夜巡邏，維持社會治安，城鄉人民生活秩序逐步安定。新成立的軍事管制委員會發布安民告示，通令國民黨軍政人員登記，清交槍支及一切財物。

　　10月2日，張掖縣舉行黨、政、軍、民4萬余人參加的慶祝大會，慶祝中華人民共和國成立和張掖解放。中國人民解放軍1兵團司令員王震和首任張掖地委書記劉昌漢以及工人代表、少數民族代表在大會上發言。大會一致通過向中央人民政府主席毛澤東、各位副主席、中國人民解放軍全體指戰員及世界擁護和平大會常務會主席的致敬電。各族人民向解放軍獻上“人民之光”“解放西北、功勛千古”的錦旗。會后進行了盛大的群眾游行，城鄉社火隊、秧歌隊走上街頭，街上的群眾摩肩接踵，人們歡呼雀躍。