毛泽东又打着手势说：同志们，长征我们胜利了，但是损失也是巨大的，中央红军从江西苏区出发时有10万人，现在大约只剩下1万人了，人数虽少些，但留下的都是中国革命的精华。留下来的同志不仅要以一当十，而且要以一当百、当千、当万。现在中央红军又与陕北红军、陕北人民在一起，担负着更艰巨的任务，我们今后要更好地团结在一起，共同完成中国革命！
毛泽东以极富感染力的语言，把长征的伟大意义和今后的任务摆在了全军面前，调动起在场的每一个人的情绪，为全党、全军开创中国革命新局面作了思想上的动员、准备工作。
中央红军与陕北红军的会师引起了敌人的极大恐慌。敌人以5个师组织新的进攻，东边1个师沿洛川、鄜县大道北上；西边4个师由甘肃的庆阳、合水沿葫芦河向陕北鄜县方面前进。为粉碎敌人的进攻，毛泽东决定集中红军主力，在直罗镇一带给敌以迎头痛击。
毛泽东召集红一军团和十五军团首长到象鼻子湾军委总部开会，研究制定直罗镇战役计划。确定的作战原则是：将敌放进直罗镇，乘敌立足未稳，集中我军主力，采取包围侧击战术，歼灭敌人，得手后，继续歼灭敌人后续部队；同时，以红十五军团的一个团继续围困甘泉，以另一个团在羊泉镇地区配合游击队积极活动，牵制鄜县、中部之敌，阻敌西援，以保证直罗镇胜利歼敌。
为了打好这一仗，毛泽东又召集了两军团团以上干部会议，部署直罗镇战役，毛泽东、周恩来、彭德怀亲自动员，作了重要讲话。毛泽东在会上详尽地分析了敌情，讲解了我军的打法。他援引 《水浒》中林冲在柴进家中打王教头的故事，风趣他说：林冲打王教头，不是先过去，而是先后退两步，这就是为了避其锋芒，攥紧拳头，发现弱点，一下子击中对方的要害。直罗镇战役的部署，就是这个道理。我们利用有利于我们的地形，集中优势兵力，打击和消灭敌人。他反复强调，全体同志要互相团结，同心协力，共同打击敌人。周恩来要求参战部队按照毛泽东的部署去做，争取胜利。彭德怀提出要求，抓战机要准，打击敌人要狠，要打出工农红军的威风，坚决消灭敌人！
根据敌情，毛泽东决定首先歼灭由合水东进的敌先头部队一○九师。红一军团隐蔽在直罗镇以北的石嘴、凤凰头地区，红十五军团隐蔽在直罗镇东南的张村驿地区，并以一个连诱敌进攻。
11月18日，毛泽东组织一军团和十五军团团以上的干部在张村驿会合，前往直罗镇去看地形，研究具体部署。
直罗镇是个百户人家的小镇，三面环山，一条从西而来的大道穿镇而过。
镇东头有座古老的小寨，镇北面是一条流速缓慢而平静的小河。红军指挥员们把几十架望远镜举在眼上，从左到右，从东到西，细心地观察着道路、山头、村庄和河流。一个小山包，一棵小树，一条小沟，一家独立房屋，都是指挥员们观察研究的对象。大家认为，把敌人放进直罗镇打，地形对我们十分有利。毛泽东说；直罗镇是个好地方，我们要的是歼灭战。
11月20日下午，敌一○九师推进到直罗镇附近，与红军担任诱敌任务的连队接触。该连且战且退，敌误以为红军败退，遂进入直罗镇，并占领了周围的山头。全师杀猪宰羊，庆贺“胜利”。
当晚，毛泽东下达了命令。按照事先确定的部署，红一军团从北向南，红十五军团从南向北，连夜急行军，在拂晓前包围了直罗镇。毛泽东、周恩来亲临前线指挥，指挥所设在距直罗镇不远的吴家台北端高地几孔破窑洞附近。毛泽东就在这里直接观察战斗情况，指挥战斗。战斗打响前，毛泽东特别指示各部队负责同志，一定要打歼灭战，战斗打响后，一军团派人向毛泽东汇报战况，毛泽东再次指示：这个仗一定要打好！你们二师突击到直罗镇时要很好协同十五军团作战，彭德怀跟十五军团行动，要特别注意同他联系，要加强团结和协作。毛泽东用十分肯定的口气说，我们要的是歼灭战，不是击溃战。
战斗按照毛泽东的部署进行。南北两路红军犹如两只铁拳，从直罗镇南北高山上砸了下来。敌一○九师大部被歼灭，该师师长牛元峰带1个多营逃到镇东头的小寨子里，负隅顽抗，后来在等待援军无望的情况下突围逃跑，被十五军团彻底消灭。
在解决了直罗镇之敌后，一军团回师北进，欲消灭黑水寺的敌一○六师。但一○六师得知一○九师被歼后，立即逃跑。毛泽东命聂荣臻率一军团追击，一军团不顾雪大路滑，跟踪追击，在大白镇附近消灭了该师1个团。毛泽东要聂荣臻在前线释放几个俘虏军官，并捎话，只要东北军同意反蒋抗日，与红军停战，我们俘虏的人枪，日后可以如数归还。后因该师师长沈克态度不明朗，毛泽东认为穹之谈判再谈无益，便让一军团从太白镇撤回了。
整个直罗镇战役取得了重大战果：敌一○九师被歼，师长牛元峰被击毙。共俘虏敌人5300多名，打死打伤敌1000多人，缴获了大量的枪支弹药。对于俘虏的敌人，在进行教育之后，将他们放回去了，这对于日后争取东北军建立抗日民族统一战线起了很好的作用。
直罗镇战役完全体现了毛泽东的作战意图。毛泽东一贯主张打歼灭战。他认为，击溃战对于雄厚之敌不是决定胜负的东西，歼灭战则对任何敌人都立即起重大的影响。对于人，伤其十指不如断其一指；对于敌，击溃其十个师不如歼灭其一个师。直罗镇战役也是如此。敌一○九师全师的覆灭和一○六师一个团的被歼，彻底打乱了敌军进攻陕北的部署，迫使敌一○八师、一一一师退回了甘肃，一一七师退出了鄜县。敌对陕北根据地的“围剿”以失败而告终，陕北根据地得到了巩固与扩大。因此可以说，直罗镇战役是毛泽东善于指挥歼灭战的又一范例。
11月30日，毛泽东在东村教堂里召开了一方面军营以上干部大会。毛泽东在会上作了题为《直罗镇战役同目前的形势与任务》的报告。他阐述了直罗镇战役的重要性，指出如果没有直罗镇的胜利，则我们向南发展就被限制了，已有的苏区也不能得到完全的巩固。他分析了取得胜利的原因：一是两个军团的会合与团结（这是基本的）；二是战略与战役枢纽的抓住；三是战斗准备的充足；四是群众与我们一致。这四个条件是造成胜利的原因，今后作战，亦必须争取这四个条件。他还说，中央军委决定的“向南作战”和“初冬解决‘围剿，”的总方针，已经完满地实现了。
毛泽东还分析了直罗镇战役的胜利与下次胜利的关系，指出由于胜利，最后解决了第三次“围剿”，敌人非重新调兵重新部署不能向我们进攻了。这就给了我们以准备打破新“围剿”的条件，时间与地区。他强调时间与地区对于红军是十分重要的，我们要利用已经取得的每一点钟时间与每一方里地区，来进行准备两次“围剿”之间的一切基本工作。
毛泽东以他善于鼓舞人心、激励斗志的语言详尽他说明了直罗镇战役的伟大意义，指出：这次胜利使刚刚会台的南中北三支红军得到进一步加强，使我们能够利用时间去猛烈扩大红军，巩固苏区，猛烈地扩大苏区。我们的胜利还告诉日本帝国主义与国民党，我们不准许日本帝国主义灭亡我们的华北与全国，不准许国民党卖国到底的。全国人民，尤其是华北五省与海边各省的人民，正在日本帝国主义的炮火威胁之下，正在国民党用刺刀、用鞭子、用欺骗宣传强迫去当亡国奴而没有援助的时候，我们的胜利告诉他们：“同胞们不要怕，我们是援助你们的。”我们把捷报发出去，你道他们听了高兴不高兴？直罗镇战役的胜利还配合了全国红军与游击战争的胜利，为在西北建立广大的根据地——领导全国反日反蒋反一切卖国贼的革命战争的根据地，举行了奠基礼，并且有助于国际反帝国主义战争。
毛泽东生动的语言使所有在场的人都感到精神振奋，热血沸腾。接着，他又分析了当前的国际与国内形势，指出世界时局与中国时局的突变性与急转性，全世界革命与战争的新时期和中国新的大革命的形势，摆在我们面前，我们是有良好的阵地的、有广大群众基础的向前发展着。在这种形势下，我们的新任务就是用极大努力争取与积蓄更加充足的力量迎接敌人新的大举进攻并粉碎之，开辟苏区到晋陕甘绥宁5个省内，到那时将争取苏维埃在北方七八个省内、南方若干个省内的伟大胜利，把抗日战争掀到最高的程度，这是总的任务。然后，他还就发展游击战争、一方面军的具体任务谈了一些计划。最后他强调，只要我们的同志拿出异乎寻常的努力，去进行自己的工作，伟大的胜利是我们的。
毛泽东的讲话对中央红军与陕北红军会合后的形势与任务作了总结，表明通过直罗镇战役解决了当时最迫切的军事上反对敌人“围剿”的问题，表明中央奠基陕北的任务已有了一个良好的开端，中国革命将出现一个新的局面。
毛泽东在东村教堂举行的干部会议上讲话的第二天，电告张闻天：我或干数日后回后方一行。12月13日，毛泽东顺利抵达瓦窑堡，他于深夜电告彭德怀：我们已到瓦窑堡。此后，他在这里居住了6个多月，为建立抗日民族统一战线而导演了政治的、军事的一幕幕精彩活剧。
