第三阶段：西路军指战员在饥寒交迫中与敌血战，坚持到2月21日晚，不得不从倪家营子突围，向临泽县西部的威狄堡转移。但是威狄堡一带堡寨密集，不利于防守，只转战一天，即根据政委陈昌浩的决定，重返回了倪家营子。红三十军返回倪家营子后，又与强敌血战五天五夜。这五天五夜，可以说是红三十军历史上最为艰苦困难的时期。因为这时的西路军，已陷于弹尽粮绝的地步，红军指战员全凭鲜血和生命与敌拼杀。2月28日晚，红军从倪家营子第三次突围，向临泽县中部的沙河堡转移。29日晨，西路军总部在红三十军掩护下转移到沙河堡地域，敌军即接踵追至。红军与敌周旋一天，因找不到粮吃，于当日晚又向三道柳沟转移。这时，红三十军兵力已不到3000人了。
三道柳沟恶战。三道柳沟位于祁连山北麓的山坡地带，南面不远处即是祁连山，三面是戈壁滩。3月1日晨，红军转移到这里，顾不上行军的疲劳，即一面筹粮做饭，一面构筑工事，准备迎敌。当日上午，敌总指挥马元海率领五旅之兵追来，在村外的戈壁滩上构筑工事，将西路军包围起来。3月2日上午，敌军即采取集团冲击的战术，向红军发起强攻，进攻的重点仍是红三十军阵地。红军指战员坚守阵地，待敌人攻至阵地前沿时，即跳出工事，以枪刺、大刀、长矛同敌人肉搏。从黎明到傍晚，敌我双方反复争夺阵地。这样的战斗一直持续到3月9日，敌军以四个团的兵力强占了南流沟、西流沟之间的地带，割断了三十军同总部的联系，西路军激战一昼夜，未能将敌击退。10日，西路军致电中央军委报告战况说：敌军割断了各部队之间的联系，300米以内亦用电台联系。我因火力太弱，伤亡大，未能破敌，现已无粮，仍在激战中，转移不易，只有死战。苦战到11日晚，西路军总部决定，星夜突围，红三十军在激战中杀开血路，掩护总部向梨园口转移。
梨园河谷的惨烈战斗。梨园口是进入祁连山的必经之地，山口两边山峦起伏，口里有一条干涸的河床，叫梨园河。3月12日上午，红三十军掩护总部进入梨园口不久，敌军骑兵三个旅就跟踪追来，冲破后卫部队红九军的防线，压向红三十军。三十军沿梨园河干涸的河床，迎击正面进攻的敌人。敌人骑兵轮番进攻，在惨烈的反复搏杀中，二六四团全部伤亡，二六三团也损失大部。军部命八十九师余部投入战斗，阻击敌军。在激烈的拼杀中，该师指战员遭受严重伤亡，师政委张文德牺牲，师长邵烈坤负伤后被俘，后来遭敌杀害。12日夜，西路军翻越梨园河东山，于3月13日晨，转移至康隆寺及附近之马场滩、牛毛山一带。不久，敌骑兵即追至。红三十军余部奉命阻击敌军，第二六五团几乎全部伤亡，第八十八师政治部主任张卿云牺牲。为了摆脱尾追之敌，西路军继续后撤，一夜翻越几座大山，于3月14日退到康隆寺以南20公里的石窝一带。敌人骑兵跟踪而至，红三十军余部继续与敌战斗。
3月14傍晚，西路军军政委员会主席陈昌浩主持，召开扩大会议，决定陈昌浩、徐向前离开部队，返回延安，西路军余部分兵游击。红三十军剩下的千余人和总部的一些重要干部编为左支队，由李卓然、李先念、程世才、李天焕带领，向西游击，并组织有李卓然（书记）、李先念、程世才等参加的西路军工作委员会，随左支队行动。至此，西路军的西征即告失败。
风雪祁连山。李先念率领的左支队急速向南行动，深入祁连山腹地，摆脱了敌军。左支队在裕固族向导带领下，在祁连山中艰苦行军。沿途大雪封山，气候严寒，粮食极缺，不少指战员倒在雪山峡谷中。为了挽救指战员们的生命，工委会决定宰杀仅有的几匹随军战马，包括李先念、李卓然同志的坐骑，分给大家吃。4月3日，左支队翻越陶勒雪山，进入疏勒河上游。此地气候转暖，野牛、野羊较多，左支队以狩猎野牲为食，处境有所好转。不久，得到蒙古族群众的支援，终于在4月16日抵达石包城。这里虽然只有十多户人家，却是个山里和山外的物资交流点，左支队向牧民和商人购买了一批粮食和牛羊、食盐，在此地作短暂休整，恢复体力。
安西之战。4月21日，左支队从石包城走出祁连山，进入安西县境，清点人数，全军共有903人。左支队得悉，安西城内仅有敌军一个排驻守。为了取得补给，进行适当休整，便于跨越戈壁沙漠，进入新疆，决定攻取安西县城。24日晚，左支队攻城梯队来到安西城下。攻城战斗刚一开始，就遭到敌人机枪的扫射，主攻的部队攻了几次，都因守城敌军火力太猛，没有成功。原来敌人援军已经赶到了安西城中。李先念和程世才认为敌情已有变化，命令部队停止攻城，连夜撤到城西北五营村、王家屯庄、康家楼庄一带。工委在王家屯庄举行了紧急会议，决定一部分人员筹集粮食，一部分阻击敌人，待天黑后向西北方向转移。
25日天刚亮，敌人就赶来攻击，红军指战员们依托围墙，靠大刀、手榴弹坚守了一天。天黑后，部队突出重围，急行军45公里，于26日拂晓来到白墩子。为时不久，敌人的骑兵又追来了，李先念、程世才命令部队依托自然形成的沙丘，阻击敌人。抗击到中午，敌人尚无退意，左支队便且战且走，向25公里开外的红柳园前进。这两仗，使历经磨难的红军指战员又牺牲了两三百人，二六八团的政治处主任钟立彬也牺牲在这里。
最后一战——红柳园之战。红柳园是西进新疆的必经之路，甘新公路从中通过，周围全是戈壁沙滩。4月26日下午，左支队刚转移到这里，数百名敌人骑兵就分左右两路包抄过来，把左支队夹在中间。红军指战员依托沙丘与敌展开激战。红柳园战斗是红三十军的最后一战，也是西路军的最后一战。这次战斗打得非常激烈，敌骑十分疯狂，不断向红军阵地发起猛烈冲击；而红军因无弹药，全凭大刀、长矛与敌拼杀，伤亡惨重，特别是后卫第二六七团，几乎伤亡殆尽，第八十九师参谋长刘雄武、第二六七团政委陈智才、总部译电组长陈茂生等100余名指战员血洒沙场。
激战到天黑，左支队首长决定分左右两部分，撤向南北两山，突围后到星星峡集合。左面的这部分同志冲向甘新公路，沿着路边的电线杆子西进。李先念、程世才、李卓然、李天焕等五六十人，在向导带领下翻过一座小山，进入戈壁滩。茫茫戈壁大漠，千里无人烟，干旱缺水，气候变幻莫测。白天，烈日当头，气温骤升，地面的砾石滚烫，烤得人汗流浃背，如坐蒸笼；夜晚，月光清冷，气温降到零度以下，冻得人浑身麻木，如堕冰窖。一天之内，忽而晴空万里，一望无际；忽而风沙弥漫，难辨东西。左支队的指战员强忍疲惫、干渴、酷热、寒冷、风沙，行进在戈壁滩上。因为干渴难耐，不得不喝马血、人尿维持生命。
红三十军自1933年7月在四川巴中成立，到1937年4月兵败河西，历时3年10个月，转战川陕甘地区，三次过草地，两次爬雪山，艰苦备尝；血战河西走廊，作为西路军的一支主力，无役不与，无坚不摧，无险不履，为中国人民的解放事业作出了重大贡献。河西兵败后，又为党和人民军队保存了较多的中坚力量。据不完全统计，授予少将以上军衔的即有50余人。历史证明：红三十军是中国共产党领导下的一支忠勇的部队。
红三十军部分领导和将领简表
姓名籍贯在三十军所任职务军衔最高职务
李先念湖北红安军政委国家主席
李天佑广西临桂军参谋长上将副总参谋长
彭绍辉湖南湘潭军参谋长上将副总参谋长
郭天民湖北红安军参谋长上将训练总监部副部长
朱良才湖南汝城军政治部副主任上将北京军政委
王建安湖北红安八十八师政治委员上将福州军区副司令员
陈锡联湖北红安八十八师二六三团政委上将北京军区司令员、国务院副总理
王诚汉湖北红安八十八师二六二团团长上将军事科学院政委
程世才湖北大悟副军长、代军长、军长中将装甲兵副司令员
（续表）
李天焕湖北红安军政治部主任中将二炮政委
郑维山湖北麻城八十八师政委中将兰州军区司令员
杜义德湖北黄陂八十九师政委中将兰州军区司令员
王必成湖北麻城八十九师副师长中将武汉军区司令员
杨国夫安徽霍邱九十师二七○团团长中将济南军区副司令员
黄鹄显福建上杭军参谋长少将装甲兵学院院长
汪乃贵安徽金寨八十九师师长少将贵州省军区司令员
陈宏安徽金寨军政治部青年科长少将装甲兵司令员
董洪国安徽金寨军卫生部长少将武汉军区后勤部副部长
程业棠安徽六安二六五团政治处主任少将安徽省军区副司令员
傅绍甫安徽金寨二六七团营政委少将江苏省军区副司令员
潘峰安徽六安二六七团营长少将防空军干部部部长
周纯麟湖北麻城三十军二六三团营政委少将南京军区副司令员
况玉纯湖北红安八十八师政治部书长少将总后营房部部长
胡大荣湖北黄梅军部交通队队长少将南京军区副司令员
赵正洪湖北黄梅八十八师二六八团营长少将全国体育总会主席
黎锡福湖北红安八十八师二六四团营长少将山东省军区司令员
吴忠四川南江二六八团政治处干事少将广州军区副司令员
刘新权四川达县八十八师政治部宣传队长少将外交部副部长
王文模四川达县二六五团经理处长少将安徽省军区政委
安志敏四川阆中二六七团政治处秘书少将广州军区空军副司令员
罗青长四川苍溪八十九师政治部宣传员少将国务院副秘书长
喻新华湖北麻城二六九团政治处主任少将南京军区后勤部副政委
郭卓辛河北安次二六七团政治处股长少将安徽省军区副政委
唐凯湖北黄陂八十八师二六二团政委少将工程兵副司令员
李开湘四川苍溪八十九师政治部油印员少将国防科委某基地政委
（续表）
陈熙江西兴国军政治部秘书长少将空军学院政委
姚运良湖北大悟八十九师二六七团政委少将副军长兼参谋长
林彬安徽金寨二六五团营政委少将装甲兵副司令员
高志荣湖北麻城二六三团营政委少将东海舰队副司令员
安东四川阆中二六五团敌工队队长少将国防科委副主任
朱火华湖北麻城八十八师政治部科长少将沈阳军区后勤部政委
胥光义四川平昌军部保卫营副连长少将总后副部长
张世盖四川巴中军部保卫营排长少将二炮副参谋长
吴仕宏四川通江九十师副排长少将济南军区副司令员
于侠安徽金寨九十师副营长少将海军潜水学校校长
刘善福安徽六安军司令部通信连长少将湖南省军区副司令员
焦玉山安徽阜阳二六七团连指导员少将广州军区后勤部政委
梁天喜四川阆中八十九师政治部干事少将昆明军区后勤部政委
余嗣贵安徽金寨二六四团连指导员少将武汉军区后勤部副政委
陈其通四川巴中八十八师政治部宣传队长少将总政文化部副部长
赵承丰四川苍溪军政治部文印员少将兵器工业部政治部副主任
姜钟四川平昌军政治部宣传队宣传员少将总参三部部长
林乃清安徽金寨军政治部组织部科长少将江西省军区副司令员
阎廷泰四川苍溪二六四团营副官防化学兵部副部长
作者张佩荣，系石油天然气公司西北石油管道建设指挥部副指挥，高级政工师。
