11月23日，红五军军长董振堂，参谋长李屏仁率两个团及妇女先锋团一部进抵永昌西部的水泉子、王信堡一带，此地均为荒凉的戈壁滩，只有几座孤零零的堡寨。部队住下后不久，敌马彪率骑兵旅和三个民团突袭过来，双方在夜里短兵相接，打得难解难分。次日清晨，敌军又来攻打，五军再次与敌激战，由于遭遇的是敌人骑兵，五军一直打得很被动。此役，虽击退了敌人，自己也伤亡不小，军参谋长李屏仁左腿胯骨中弹负伤。是日夜，该军离开水泉子，向山丹进发。时守卫山丹县城的是红三十军第267、269两个团和总部骑兵师，因战局变化，红五军偕总部直属队妇女抗日先锋团、医院、兵工厂等部相继入城，接替了三十军的防务。

    11月29日，红五军三十七团奉命到大佛寺、西二十里堡一带驻防，准备阻击敌军进攻山丹。这里有三个堡寨，第十三师政委谢良（兼三十七团政委）率领一部驻扎在中间的堡子里，担任指挥；团长率部分人员驻在左边的堡子；由参谋长率领一部分守在右边的堡子。三十七团刚作好部署，敌马禄、韩起功等部就发起了进攻，我三十七团将士顽强奋战，痛歼来犯之敌，使敌人寸步难行，整个上午打退了敌两次疯狂的进攻。下午，敌人又组织了三次强攻，均被我三十七团击退。太阳偏西，敌人再次发起一轮集团冲锋，企图攻下我军阵地。战斗中，团政委谢良在指挥部队反击时腿部中弹，鲜血直流。警卫员要叫担架，谢良制止了他，说：“不要喊！那样会影响部队的作战情绪，你给我简单包扎一下就行！”谢政委忍着巨痛，继续指挥战斗，直到把敌人打下去，才退下火线。

    11月30日，敌马彪、马朴的两个骑兵旅、韩起功的步兵旅外加两个民团、一个山炮营，气势汹汹地向山丹城东北角发起猛攻。五军严阵以待，给敌以重大杀伤，粉碎了敌数次猖狂的进攻。第二日，敌人将主力逼近城郊的南关，五军十三师即乘敌立足未稳之际进行夜袭，给敌马禄旅的旅部和所属一个团以严重一击。

    12月4日，敌向五军外围阵地发起全面进攻，面对敌数次疯狂的进袭，五军全体指战员在董振堂军长的带领下，沉着应战，给敌以重大杀伤，是日夜，全军收缩防线，退入城内。为防止敌大炮对我军造成重大伤亡，董振堂下令十五师两个团防守山丹城墙，十三师则全部留在城内作预备队。

    第二天一早，敌人又发起进攻，守城的十五师依靠山丹古城墙垛口，打退了敌数次进攻。中午时分，董振堂在城里观察到南门外敌步兵一部疏于戒备，立即命令十三师三十七团、三十九团从东门出击，由于该敌毫无防范，被五军打了个措手不及，漫山遍野的狼狈逃窜，战士们则乘胜追击。追击途中，三十九团政委周畅昌发现左后方烟尘滚滚，“不好！”他立时反应过来——是敌人的骑兵，便迅速登上一道山梁，举起望远镜观察敌情，这时一颗流弹飞来，不偏不倚打中了他的腿部，周政委顿时从坡上摔了下来。团参谋长饶子健赶紧上前扶起他，并叫卫生员包扎好伤口，背下阵地。同时下令部队停止追击，就地组织起来打敌人的骑兵。由于敌骑兵动作迅速，加上先前溃退的敌步兵反扑，攻出城外的两个团陷入两面夹击，十分被动的境地，双方在城外展开了一场惨烈的拼杀。

    董振堂在城楼上发现了这一险情，立即命令四十五团火速出城增援。很快，增援部队绕至敌人骑兵后面，一顿狠揍，将敌人击退，随后与三十七团、三十九团一道退回山丹。这一仗虽打退敌人，但由于敌骑兵的干扰，未取得较大战果。

    残酷的拉锯战就这样一直打到12月11日，五军损失很大，十三师师长李连祥同志（兼三十七团团长）在11月30日的战斗中，为掩护部队安全转移，与敌人做殊死拼杀，不幸被敌马刀砍中头部，壮烈牺牲。山丹防守战，五军孤军奋战