王震率领兵团部和第二军于9月10日离开西宁。第五师为前卫，第六师为后卫，第四师为本队。12日，第五师攻占大通、门源，然后顶风雪、冒严寒，开始攀越祁连山。山区气候奇特，瞬息万变。上半天晴空万里，日丽风和，午后突然下起雨来。战士们衣衫被打湿了，背包沉甸甸的，脚上泥巴粘在鞋底上，越走越吃力。到了夜里，狂风呼啸，气温骤降，转眼间军装被冻硬了，像穿上了铁甲，行走中发出声响。越往上走越是艰难。14日进入终年积雪的祁连山区，15日翻越海拔四千多米的祁连山高峰。沿途荒无人烟，又遇狂风雨雪和冰雹袭击，部队缺乏防寒设备，许多指战员还光着脚，穿着单衣，加上高山缺氧，行军异常困难。但是，第五师指战员以惊人的毅力战胜狂风、大雪、奇寒等严重困难，虽冻死冻伤各百余人，仍冒着严寒奋勇前进。经过两天半的艰苦跋涉，部队终于翻越了风雪祁连山。16日神兵似的降临到祁连山麓的俄博。逃到这里的敌人，正要抢劫财物、粮食向西逃窜，突被我军截断后路，顿即乱作一团，纷纷举手投降。

王震接到第二军军长郭鹏、政委王恩茂9月16日10时电报，“十四团14日由寺湾向卧包前进中，因气候恶劣，整日雨雪交加，狂风不止，战士全身湿透，冻死130人，冻坏脚不能行走者100余人。五师直及十三团15日由寺湾向卧包前进中，同样气候恶劣，掉队100余人。部队因雨天行军费鞋颇多，十四团有400余人打赤脚的。……”王震即于当日15时复电郭鹏、王恩茂并报告彭德怀：“14日五师通过祁连山脉，与风雪狂风交加的恶劣气候斗争、奋勇前进中，已经前后通过了祁连山的无人区与气候恶劣区，这是为配合二兵团截断周（嘉彬）黄（祖勋）匪后路，全歼该匪的胜利前提。谨向全体英雄们致亲切慰问。其牺牲的百余指战员们的尸体请设法掩埋。请令五师在民乐以南地区集结休息，用白洋买牛肉炖烂饮食，相机挺进，袭占张掖或其东西。……”

彭德怀接到王震率部翻过祁连山的报告，当晚就发来了嘉勉的电报，赞扬二军翻越祁连山，截击敌人有功；号召全军学习二军这种不怕困难，在风雪交加的气候中奋勇前进的精神；并向英勇牺牲的烈士致敬致哀。

早在兰州野司讨论发动河西战役和进军新疆问题时，王震说：“我率二军从青海出发，翻祁连山，取捷径直插河西走廊，堵截西逃敌人。”彭德怀劝他随六军沿兰新公路走：“部队翻过祁连山要吃很大的苦。你近两年身体不大好，我看你个人就随六军一起出发吧！”习惯与战士同甘共苦的王震，哪肯这样。他就回答彭总说：“红四方面军在那样恶劣的条件下都翻过了祁连山，今天又有汽车坐，还有什么要紧。在胜利后的今天，再走走当年西路军战友们走过的险路，会长精神添力量的。”开始王震乘坐吉普车攀登祁连山，当队伍爬上4100米高峰，见有体弱的战士晕倒路旁时，他的车就专门收容晕倒的战士，自己跟随部队徒步行军，共同经历了饥寒交迫的艰苦行程。他在张掖总结这次行动的时候说：“我们应该永远记着胜利是怎么来的，我们应该永远记取人民战士的英勇功绩。这次过雪山中，有很多战士当他迈出左脚时，他脑中还想着毛主席，奋勇前进，追击敌人，消灭敌人，当他迈出右脚时，他就英雄式地倒下了。”第二军指战员战胜恶劣气候所表现的英雄气概，使他深为感动。他在祁连山顶为这次壮行吟诗一首：“白雪罩祁连，乌云盖山巅。草原秋风狂，凯歌进新疆。”其后，部队音乐家把它谱成了一首歌。高亢的歌声，响彻在挺进途中的茫茫戈壁滩上。

9月21日，王震率领第一兵团与许光达率领的第二兵团在张掖会师后，即挥戈西进。其时，逃到河西走廊西端的国民党军队大多为机关、后勤单位，战斗部队仅有五个师，而且只一个师组织完整、人员充实，其余四个师都已零零落落，仅有五百至千余人，士气极为低落，根本无法支撑局面，也已没有可以利用的关隘和可以固守的坚固城池了。在其内部早已分崩离析，主战派和主和派的斗争日益尖锐，不可能再作有组织的大规模的抵抗。因此，当我军先头部队兵临高台、酒泉时，国民党部队中的顽固派首领西北军政长官公署副长官兼参谋长刘任、第九十一军军长黄祖勋等都先后出逃，主和派将领掌握军权，酝酿投诚起义。9月21日，毛泽东在致张治中的信中，说明对逃往酒泉的国民党周嘉彬、黄祖勋两个军，不采取歼灭方针而采取争取改编方针。张治中迅速将此信内容电告西北军政长官公署副长官、新疆警备总司令兼河西警备总司令陶峙岳。陶峙岳派第八补给区司令曾震五从迪化赶到酒泉临机处置。9月22日，曾震五与我第一兵团第二军五师师长徐国贤、政委李铨、副师长何家产会见，要求暂停攻击高台，并于当天往张掖求见王震，表明和平解决河西国民党部队的愿望。当晚，王震派第二军五师副参谋长刘振世（原国民党整编二十九军参谋长），到高台国民党军第二四六师防地，与西北军政长官公署副参谋长彭铭鼎、第二四六师师长沈芝生会谈，传达王震的命令：驻高台、酒泉一带的国民党军队原地待命，听候改编，并确保玉门油矿的安全。彭铭鼎当即明确表示，愿意接受解放军提出的条件，命令第一线部队撤回酒泉，原地待命。