兰州解放后，中国人民解放军第十九兵团分为左、中、右三路大军，挥师东指，挺进宁夏。
1949年9月14日，十九兵团的三路大军在中宁会师，与国民党八十一军隔河对峙。
国民党宁夏驻防部队主要有两部分：一是马鸿宾与其子马惇靖统领的八十一军，一是马鸿逵及其子马敦静属下的宁夏兵团。
在解放军大军压境的形势下，马鸿宾父子打算率部起义。经过谈判，双方签订了协议，八十一军宣布正式起义。
在八十一军与解放军接洽和谈的同时，宁夏兵团司令马敦静迅速地将其所属三个军十一个师的兵力重新部署，构成三道防线，企图凭借牛首山制高点与青铜峡天险，以及金（积）灵（武） 地区水网密布等有利条件，与解放军在金积、灵武一带决战。
看到马鸿逵父子的这种态度，解放军十九兵团认为必须狠狠打击宁夏兵团主力一二八军，才能更快地解决宁夏问题，于是决定发起金灵之战, 集中优势兵力首先歼灭敌一二八军于金积、灵武地区。
9月16日,十九兵团下达作战命令，具体作战部署是：一九一师首先攻取牛首山，而后由西、 南向金积进攻；一九二师在右翼协同，夹攻金积之敌，继而攻取吴忠堡；三边地方部队独立一师和独立二师沿豫（旺）灵（武）公路攻击前进，迂回吴忠堡侧后，协助主力部队歼灭金积之敌；—九○师、一九五师为第—梯队，一九○师随主攻部队跟进。与此同时，六十三军、六十五军从中宁等地北渡黄河，攻击贺兰军，配合金积、灵武地区作战。
攻打金积
17日晚上七点，一九一师五七三团沿崎岖小路向牛首山实施突袭。牛首山因其主峰小西天（文华峰）和大西天（武英峰）南北耸峙，形似牛首而得名，位于黄河东岸，南北长40公里，宽80公里，是金积、灵武地区的天然屏障，中宁一金积公路沿黄河盘山而过，是通往金积的主要通道, 要进入金灵地区，首先必须要占领牛首山各制高点,然后夺取青铜峡。
乘着夜色，五七三团三营八连的战士悄悄接近牛首山，路上得知敌人正在牛首山主峰小西天修筑工事，于是轻装疾进，直扑小西天，从两侧发起突然袭击。守敌措手不及，受到攻击后即弃 阵逃窜，三营占领了小西天制高点。
18日，三营又攻占了老山东寺，牛首山各个制高点被解放军迅速占领，相当于解放军在攻击之前就控制了金积、灵武地域之锁钥，打开了金灵之战的第一道屏障。
19日11点，解放军六十四军按计划兵分两路，从牛首山直逼金积，金灵之战正式打响。左翼一九一师沿牛首山向青铜峡峡口进击。青铜峡是著名的黄河天险，峡口是易守难攻的军事要 隘，两侧悬崖如刀劈斧砍，异常险要。到中午，守卫峡口的宁夏兵团一二八军三五六师二团的一 个营放弃峡口阵地，向金积方向逃窜，解放军一九一师五七三团攻占峡口，突破敌人的第一道 防御区，向金积方向跟踪追击。陈宜贵命五七二团并肩向金积猛攻，并率一九一师主力随后紧紧跟进。
一九二师从牛首山侧背绕过，经滚泉向金积方向疾进，配合一九一师的正面攻击。在前进途中击退宁夏兵团骑兵三十八团的五次轮番阻击。
河东国民兵团司令马得贵为了迟滞解放军前进，焚烧汉渠以南的民房，把百姓全部赶到渠北，并亲自指挥国民兵和沿汉渠防守的一二八军三五六师部队，把渠上所有桥梁破坏掉，将汉渠决口三十多处。顿时，金积西南20多里的区域内河水泛滥成灾，14000多亩稻田被淹没，600 多间民房被冲毁。
解放军没有停止前进的步伐，战士们涉过没膝的黄水，踏着泥泞的道路，攻击向前。当日下午，五七三团到达汉渠南面的西滩村堡垒，立即展开进攻。西滩村筑有8米多高的坚固围墙，围 墙四角筑有高堡，外围还有一圈地堡，上下形成立体交叉火力网，是一块难啃的骨头。解放军安排六挺重机枪做掩护，炮兵进入距离堡垒只有100米距离的阵地，迅速摧毁了外围地堡群。爆破组对高大坚固的围墙实施爆破，几个战士被围墙射击孔内射出的子弹射中而牺牲，于是炮兵再次进行轰击，在炮火掩护下，继续实施爆破, 最终炸破围墙。战士们冲了进去，打垮了西滩村顽抗之守敌，一部分残兵向黄营方向逃窜。解放军尾随后面紧追，战士彭周彦在追击中单枪匹马俘虏了6个敌兵，副排长张文喜组织全排围住一处敌人逃遁的堡子，先往里扔了几枚手榴弹， 然后又利用俘虏喊话，迫使100多敌兵出来缴械投降。
一九一师看金积守军利用星罗棋布的大小堡寨和纵横交织的河渠水道，以及被淹而泥泞不堪的水田，组成严密的防御体系，经过分析，认为敌人各堡寨之间间隙较大，兵力过于分散，决定 采取“掏心窝”战术，派五七二团二营连夜向敌纵深处穿插，摧毁敌人核心指挥部，打乱金积堡寨式的防御体系。
20日拂晓，一九一师五七三团强攻咽喉要地余家桥，经过两小时激战，歼敌一个团，占领了余家桥。到下午两点，将宁夏兵团的保一师一团、二团大部歼灭，先后攻克了黄营、沙寨、刘 家营、毛家寨、李家堡等据点。五七二团则先后攻克西滩、马家寨、杨家寨、谭家桥等据点，肃清了金积外围，迫敌退缩金积县城。一九二师也突破一二八军三五六师一团的布防，攻占了董府, 逼近金积县城，直插县城西北。这样，一九一师和一九二师从东、西、南三面逼近金积县城，宁夏兵团三五六师被围困城内。一九一师指挥所进至董府，准备了几十门大炮和十多辆战车，部署在公路上，预备攻城。
这时，负责金积县城防卫的保一师副师长崔清平带两名传达兵，开着一辆插有白旗的卡车来到一九一师师部请降。
见到一九一师政委陈宜贵，崔清平表明来意：“我作为金积全线守军代表来和贵军商洽和平解决的办法。”陈宜贵表示欢迎，然后把金积的情况向六十四军军长曾思玉作了汇报。曾思玉很高兴，对金积和平解决给予了肯定，又作了三点指示：一是金积可以暂时停火；二是保一师不能算起义，只能算投诚；三是请崔清平立即赴中宁继续面谈。崔清平先回金积县城，告知了情况, 和金积县参议长董英斌、商会会长王俊清、副会长卢光华、绅士雷应龙、王祖耀5人，又来到一九一师师部，然后前往中宁，十九兵团联络部甄华接见了他，之后又接到牛连璧传达曾思玉军长的命令，让他回去将金积所有部队都集中到城里，并赶造一份人员、武器、弹药清册。崔清平赶回金积下达队伍集中的命令，却发现队伍已经溃散了。
20日傍晚，为了切断金积守敌退路并迅速攻占吴忠堡，一九一师和一九二师冒着绵绵秋雨， 越过金积县城向吴忠堡挺进，将包围金积县城的任务留给随后跟进的一九○师。一九○师经鸣沙洲、滚泉向金积兼程急进。
一九○师前卫部队五六九团第二天早晨开进金积县城时，金积守敌业已跑散，没有任何国民党军官向解放军进行移交，到处可见遗弃的枪支、弹药和军服，经搜捕，400多名散兵未作任何抵抗便缴械投降。金积县城解放。
攻占吴忠堡
一九一师五七一团进至吴忠堡以东，被秦渠挡住了去路。宁夏兵团方面沿秦渠布防的保安第三师掘开秦渠，破坏所有公路桥梁，并在对岸的堡子修筑了坚固的工事，企图利用秦渠之险阻挡
解放军。秦渠水流湍急，难以涉水而过，五七一团只能架桥通过。当地百姓主动送来架桥材料，甚至拆下房屋梁柱和门板支援解放军架桥。在炮火掩护下，五七一团很快架起一座便桥，跨过秦渠，先后攻占了外围的苏家滩、杨家堡子等村寨, 到达吴忠堡东北角。
一九二师经廖桥、杨马湖，扫清清水沟南岸诸据点后，直逼吴忠的南大门涝河桥。涝河桥位于金（积）灵（武）公路的要冲，是通往吴忠堡的重要通道。负责防守涝河桥的保安第三师已经 烧毁涝河桥，并在涝河桥西北300米处构筑了以高碉为核心的碉堡群，安排第七团一个连在此据守。高碉为砖石结构，高9米，分3层，碉堡群周围筑有土围墙两道，内墙高约7米，墙上有射孔，外墙高3米，墙外挖有宽2.5米、深3 米的壕沟，沟内有泥水。在当地群众的支援下，到达涝河桥的五七五团准备架桥强攻。保三师师长周福财感到招架不住，亲自到吴忠北门西边的一二八军军部向卢忠良报告，卢忠良令他坚守阵地，不准撤退。为了拖延时间、加修工事, 保三师派参谋主任张永和与一九二师五七五团进行谈判。五七五团一面与之谈判，一面进行战斗准备，到21日凌晨三点，保三师拒不接受投降条件，谈判破裂。清晨六点，五七五团开始进攻。一营三连作为突击队，在高碉火力的 猛烈扫射下进行架桥，经过两次努力，架桥成功，迅速进至清水沟北岸，分路向碉堡群迂回，切断敌人退路，然后对碉堡群实施爆破，用炸药炸开大门和围墙，突击队冲进围墙，如猛虎下山，守军纷纷从北门向吴忠堡方向逃跑。
突击队攻打碉堡群的同时，一九二师主力部队迅速通过便桥，穿插、分割、包围北岸各个据点，突破吴忠堡东南门和清水沟防线，向吴忠堡发起攻击。一九一师也相继攻占吴西乡。独立一师和五七一团也从韦州出发，经过惠安堡、石沟驿、 白头岗子，到达吴忠堡，与六十四军主力部队相互配合，歼灭吴忠堡外围的敌人并展开进攻。
此时金积溃逃的官兵蜂拥而来，纷纷沿黄河向东北逃亡，守卫吴忠的保安第三师官兵见此情形都闻风丧胆，军心全失。一二八军军部被迫下令说，现在通往郭家桥的后路已经被切断，迅速 绕道仁存渡口北撤灵武。此令下达后，官兵更是乱作一团，向灵武方向溃逃。担任主攻的一九二师和五七一团及独立一师、独立二师迅速突入吴忠堡，守军四散奔逃。
21日上午11点，吴忠堡解放。
解放金积
一九二师留下独立一师和五七一团，负责搜查吴忠堡溃逃官兵，主力则乘胜追击，向灵武攻击前进。
下午追至郝家桥，遇到一辆从灵武方向开来的破旧轿车，车上人员下车后，手持小白旗，恭恭敬敬地站成一排。这是一二八军副军长何晓霆、灵武县县长张国维代表灵武守敌残部前来投诚。 一九二师师长马卫华要求灵武方面收拢部队，将城外部队撤至城内集结，听候改编。根据何晓霆等人的请求，一九二师决定次日早晨进城接收，给城内守敌军官收拢散兵的时间。主力部队继续前进，以包围灵武县城，监视敌人。到黄昏时分, 五七五团和五七六团进至灵武县城东关和南关，五七四团逼近城西。
五七四团还派出二营直插灵武西北二十里的仁存渡口，切断残敌渡河北逃之后路。二营战士们急速奔往仁存渡口。宁夏兵团一二八军二五六师主力和保三师及各方面向北逃窜的残部，已经 逃到仁存渡口，一股股士兵在渡口拥挤不堪，等待摆渡的木船。有很多人见无船过河，便冒险泅渡，大部分人葬身滔滔黄河。二营到达渡口后，一阵勇猛冲杀，很快歼灭了仁存渡口的守备部队 和四处逃来的散兵，截获八辆汽车和部分逃敌物资，共俘虏800多人。
灵武城内只剩下一个团和两个营，还有一二八军军部和二五六师师部的残余士兵，也开始溃散或者藏匿，包括师长和副师长都开始偷逃出城。他们看到灵武城北没有解放军，便从北门蜂拥而出。解放军一九二师五七四团派一营战士提前绕到灵武县城北面，对企图逃路的敌兵进行堵截，促使逃跑的散兵又缩回城内。一营跟随突入城内，城内的残兵未敢有组织地进行抵抗，全部缴械投降。灵武守敌将武器弹药和各种物资摆放在一个大操场上，士兵们按照指定地点集中向解放军投降。
9月22日早晨，在一二八军副军长何晓霆、灵武县县长张国维等国民党地方军政人员的欢迎下，人民解放军十九兵团六十四军一九二师的步、骑、炮兵进入灵武县城，接受了灵武守敌所剩的1000人的投降。
至此，金积、灵武之战胜利结束，宁马防线全面崩溃，宁夏首府银川完全暴露在解放军的攻击之下。