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高台之战后，马家军更加紧了对西路军的包围堵截。在这种不利形势下，西路军领导人决定放弃西进计划，带领部队东返。1月23日西路军致军委的电报汇报了高台失败的消息和目前敌情，并陈述下一步打算说：“现兵力分散，骑兵行速，我快行不易，部队需稍整。决在基本东进行前争取在现地和路上乘机击敌，以利东进。现指直仍三四千人，妇女小孩占千人，新病号增加，行动笨重，当求轻便。现在全军发扬士气，团结杀敌，克服任何困难，学习血的教训，虽受部分挫折，但所有指战员均极团结，照军委给予的任务斗争到底。”[21]
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高台烈士墓徐向前题词
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发出电报后，西路军指挥部带领30军全军和9军一个团到达西洞堡。王树声带领9军余部到达龙首堡，准备休整一下再行东进。1月25日中央军来电指示西路军“你们行动方针，以便利击敌保存实力为目的，行动方向由你们自决。……在骑兵追堵下，欲因急行避战，达到东进目的，危险较大。应集结全军，切忌分散，用坚决战斗来完成东进任务。”但是中央指示又说：“我们虽从各方面用力设法援助西路军，但唯一的仍须依靠你们用自力在战胜二马条件下完成你们的东进任务。……深入的政治动员，坚决不靠外力，和人人具有誓死必胜的决心，在困难环境中，严肃红军纪律，争取群众赞助，是重要的保障。”[22]
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1月28日，西路军全部集结到倪家营子，全军还剩一万多人，战斗员不及一半。马元海立即报告马步芳：“红军大部离开甘新公路进入甘州南的倪家营子。占堡寨四十三处，星罗棋布于周围十里之地，总人数约有一万三千余人，确系红军主力。”他带领马家军主力五个旅和大量民团，将倪家营子包围。
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倪家营子是由几十个土围子组成的聚落。南北长16里，东西宽3里。大小四五十个土围子稀稀落落地分布在荒凉的田野上。一个土围子里住几户人家。有钱人家的土围子有高大的围墙，厚三五尺，筑有垛口和瞭望楼，很像城墙。一般人家的土围子叫庄子，只有矮矮的围墙。围墙外是老百姓的耕地和戈壁滩，村庄之间隔着一二里地的路程，有些树木和沟渠。西路军到这里，总算是相对集中一些了。
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从1月31日起，马家军向倪家营子发起一次又一次攻击。他们也懂得消灭红军的有生力量，所以专找红30军阵地打。红30军也毫不示弱，在李先念政委和程世才军长指挥下，与马家军展开了惊心动魄的厮杀和血战。程世才回忆：“敌人每次进攻先用数门大炮将我村庄土围墙打成缺口，然后以轻武器掩护大量的步兵向我阵地猛扑，而每次打到一定的距离时，我方举行反攻，将来犯之敌局部击退到原来的防地去。在多次战斗中，双方交锋时，步枪作用不大，常常是双方拼手榴弹，到最后双方用大刀砍来砍去，战场上血流成河。同时每次到村围子外五十米远时，我始与敌进行肉搏战。敌人拼到我围子内，我又将敌人从围子内杀出去，把敌人赶回原阵地，双方形成对峙战。战斗的规律是以白天为多，从天亮打到天黑，下午我反攻击退敌人，战斗便告结束。有时候我军夜间派部队去扰乱敌人，使他惊慌不安，疲劳他。”[23]
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徐向前回忆说：“因为子弹缺乏，步机枪几乎失去作用。我到前沿阵地去看过，战士们的步枪都架在一边，手里握着大刀，长矛、木棍，单等敌人上来，进行拼杀。在这里，没有男同志和女同志，轻伤员和重伤员，战斗人员和勤杂人员的区别，屯自为战，人自为战，举刃向敌，争为先登。围墙被炮火轰塌，血肉就是屏障，前面的同志倒下去，后面的同志堵上来。轻伤员不下火线，重伤员倒在地上，仍紧握手榴弹，准备与敌人同归于尽。在这里，生存就是战斗，战斗就是生存。”[24]
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倪家营子血战，持续了一个多星期。马家军打得疲劳不堪，伤亡近万人。西路军也付出了沉重的代价，基本上已是弹尽粮绝，伤员越来越多，连最起码的医疗条件都没有。西路军指挥员都意识到，他们已经到了最后时刻，再打下去，敌人有源源不断的补充，红军则任何补充和援助都没有，力量对比越来越悬殊，必须想办法摆脱被动局面，寻求新的出路。但是中央当时正与蒋介石谈判，希望西路军能就地坚持，维持在河西走廊的局面，要西路军就地休整，补充训练。到2月6日，徐、陈感到不能再被动等待了，向中央发去一封电报。在汇报了西路军现存实力后说：
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（二）此地村落尽是堡寨，分兵即不能灭敌，集结则粮易被敌困，攻则伤亡甚大，所以补充训练事实上不易做到。
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（三）近来各方情况此间甚不明，究竟整个战略企图如何，西路军基本任务怎样？据历次来电变更很大，致西路军遭受一些不可避免的损失，并影响到今后的行动。
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（四）来电所谓不依靠外力是否包含远方及统一战线？究竟前电所称远方货物到达时间是否属实？抗日联军方面目前对二马有无可能争取？
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（五）西路军现有力量，可以在此争取必要时间，准备以全力接通远方。
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西路军军政委员会主席团
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2月13日，西路军又电告中央要求派4军、31军前来增援，认为“4军、31军此时不能归还建制，夹击二马，则西路军无法完成西进任务。决心在高、抚地区击敌，俟天气稍暖即转大通、西宁一带活动”。[25]
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2月17日，中央以中央书记处和军委主席团双重名义，给西路军领导人一封措辞严厉的电报：
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徐陈及军政（会）各同志：
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（一）同意你们春暖以前在抚邻地区寻机击敌的意见，争取在春暖以后向肃州、安西行动。
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……
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（三）作战行动时刻注意集中兵力包围消灭的办法，切忌准备不充分，分散兵力与仅仅击溃敌人的打法。总之你们应在一切可能中寻求取得决定胜利的道路，而坚决抛弃过去作战上的主观弱点。
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（四）你们的政治纪律，究竟有无确定的基本上的转变没有呢？从兰州方面来的人员与新闻记者都详报你们部队与群众关系不好，究竟实情如何呢？
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（五）你们对过去所犯的政治错误，究竟有何种程度的认识，何种程度的自我批评与何种程度的转变呢？我们认为你们今后的胜利是与过去政治错误的正确认识与彻底转变是有关系的。你们认为是否如此呢？
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（六）你们春暖后向大通行动的提议战略目的何在呢？是把向大通当作调动敌人回守青海，以便自己尔后仍然回到甘州、肃州区域，并向安西呢？还是想占领青海呢？
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（七）上面提出的问题，请你明确答复我们。
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