1947年8月20日中午，敵整編3師師長鍾松率部，在沙家店被彭德懷指揮的西北野戰軍團團包圍。
本來，鍾松在離開鎮川堡時，向頂頭上司劉戡致電，說他已遇上了解放軍主力，要劉戡速向他靠擾，與彭德懷決戰。但是，劉戡老於世故，反而回電提醒他，要吸取過去失利的教訓，令他在鎮川堡待命，不可冒進。
可是，鍾松聽了不順耳，認為劉戡謹小慎微，便不顧一切，於8月19日朝沙家店直奔而來。
就這樣，整36師全部落入了彭德懷事先布置好的包圍圈。
戰鬥從常高山打響了。正當鍾松在包圍圈中左突右沖時，彭德懷向參戰部隊發出號召：
「徹底消滅36師，是我西北戰場由戰略防禦轉入戰略反攻的開姑，收復延安解放大西北的開始。為著人民解放事業，繼續發揚你們無限英勇精神，立即消滅36師．活捉鍾松！」
彭德懷的號召書就是總動員令。
二縱獨四旅由折家圪撈東南向張家坪及西南高地展開攻擊，一舉奪下兩處陣地，在山炮掩護下，協同一縱358旅攻擊沙家店以東高地，連下四處陣地。359旅左翼朝常高莊以南高地攻擊，很快占領前沿陣地。
36師受兩個縱隊的東西夾擊，傷亡慘重，鍾松向劉戡求援，劉戡向胡宗南發報，胡宗南一見情勢危急，派來八架戰鬥機支援鍾松。碰巧的是，飛機與傾盆大雨同時而至，無法看清地面，用無線電聯繫後扔下幾顆炸彈。鍾松指揮部隊衝鋒，進行反撲，遭到解放軍的迎頭痛擊。飛機一看沒辦法，只好飛走了。
鍾松見包圍圈越縮越小，自知援軍無望，為了活命，連行李都不帶，便跳下懸崖逃跑。
正在拚命抗擊解放軍進攻的敵165旅旅長李日基見師長鍾松不聲不響逃走了，氣得一跺腳，也帶了所部少數幾個親信，扔下殘部不管，也化裝成馬夫，逃跑了。
與此同時，綏德警備區4、6兩團，在司令員吳傅峰的率領下，於烏龍鋪以西的石板村和沙柳灘，跟劉戡派出支援鍾松的整編12旅、55旅展開激戰，一舉擊垮劉戡的警衛連。若不是劉戡跑得快，也差點做了俘虜。
整編36師在沙家店被殲，蔣介石在南京聽了大為光火，跑到國防部大鬧了一番。他的「重點進攻」過了「山峁」，開始走下坡路了。
陳冠任著、中共黨史出版社出版的《中國人民解放軍十大元帥：解放軍十大統帥鮮為人知的歷史》一書記述了彭德懷與鍾松對戰的沙家店戰役的前後經過。該書還記述了解放軍十大元帥的征戰傳奇和性格傳奇，為該社的年度暢銷書，銷量已過百萬冊，為優秀的軍事人物暢銷書，曾名列中國軍事暢銷書熱賣榜第一名（如圖）。