为了反击国民党军的进攻，在中央军委和西北局的领导下，陕甘宁边区军民进行了紧急动员和充分的备战工作。中央军委提出的作战方针是诱敌深入，利用有利的群众条件，运用“蘑菇战术”疲惫消耗敌人，尔后集中绝对优势兵力，在运动中各个歼敌，削弱敌人有生力量，钳制胡宗南于西北战场，配合其他解放区作战。中央军委分析认为：胡宗南集团主力开始向洛川、宜川一线集结，预计三月十日集结完毕，十五日向延安发动进攻，遂作出部署。当时，习仲勋、张宗逊率陕甘宁野战集团军转战陇东地区，便连续接到了中央军委关于准备延安保卫战的电令。
三月六日，即西华池战斗结束后的第二天，中央军委电示张宗逊、习仲勋：今后任务是内外线配合，坚决保卫边区，保卫延安(陈谢、王震、王三纵在外线配合)，独一旅、新四旅、八旅、警七团八日由现地东进，限十日隐蔽集结张村驿附近地区，准备内线机动;警一旅五团在原地集结休整数日，待廖昂主力转至中部、洛川线时，在关中、陇东地区寻求小歼灭战，每次消灭敌一连一营，我武工队、游击队、独立营等在保卫边区、保卫延安、保卫土地利益的口号下，应深入封锁线外，配合主力作战，加强翻车、破路、割线、炸桥、袭夺辎重的战斗。
三月七日，习仲勋、张宗逊再次接到中央军委关于调整保卫延安作战部署的电报。电文称：要取得外线有效配合，内线防御须有二十天坚决抗击才能粉碎敌人，保卫延安。如此持久防御，教导旅正面太宽，拟重新区分如下：第一，交道、茶坊、富县、榆林桥，仍由警七团接替，该团须于十一日到达富县城附近，休息三天，接受守备任务。第二，教导旅之第二团守备临真、金盆湾线不变。第三，劳山与三十里舖间，南泥湾与三十里舖及其以东构筑第三道防御阵地，十一日派张参谋长侦察动员民力构筑，限二十日以前完成。第四，十一日在榆林桥或茶坊开一次团长政委以上干部会，参谋长、政治部主任留队指挥，会后进行两三天的地形侦察，因此部队中战斗准备须预先计划好。
三月八日，中央军委又一次电示张宗逊、习仲勋： “胡敌九十师全部已于七日到达秋林附近。你部除警七团开富县接替交道、茶坊守备任务外，其余主力请全部集结张村驿及其以东至羊泉镇间。”
张宗逊、习仲勋即按军委部署，指挥部队迅速进入防御阵地。身在延安的毛泽东从西安发回的一份秘密情报中获悉，胡宗南已在西安集结伞兵千余人，待命起飞，袭击延安。三月十日上午十时许，毛泽东即以军委名义急令已进抵富县的习仲勋、张宗逊、王世泰、廖汉生：“望着新四旅立即开延安，以两天行程赶到延安附近，保卫延安为要。”军情紧急，张宗逊、习仲勋即命新四旅星夜疾驰延安。
就在习仲勋接到毛泽东电令当日晚，胡宗南亲自到洛川召开作战会议，宣布进攻延安计划，以整编第一军军长董钊率整编第一、二十七、二十九师共七个旅组成右兵团，从宜川、龙泉镇地区出发，在攻占临真、金盆湾等地后，沿金(盆湾)延(安)大道及两侧地区向延安攻击前进;以整编二十九军军长刘戡率第十七、三十六、七十六师及第十五师一三五旅、第三十八师五十五旅组成左兵团，从洛川出发，沿咸榆公路及两侧地区向延安进攻。同时在洛川设立以战区副司令长官裴昌会兼主任的前进指挥所。另以马步芳、马鸿逵集团整编第十八师三个旅组成宁夏兵团向三边分区进攻;以整编第八十一师两个旅组成海固兵团，向陇东环县进攻;以整编八十二师等五个旅组成陇东兵团，向庆阳、合水地区进攻;以邓宝珊集团在北线钳制配合。
十一日，中央军委从敌我力量对比悬殊、正面防御作战于我不利和我军作战目的是钳制胡宗南集团于西北战场的实际出发，作出了主动放弃延安的重要决策。基本作战方针是：诱敌深入，与敌在延安以北山区周旋，陷敌于十分疲惫和缺粮困境后，集中优势兵力歼敌。中央军委决定调晋绥军区第二纵队西渡黄河，加入西北人民解放军作战序列。同时命令晋冀鲁豫第四纵队暂缓渡河，在晋西南发动攻势，以策应陕北作战。
十二日，彭德怀检查南线防务后回到延安，向刚刚由枣园搬住王家坪的毛泽东作了汇报，并主动请缨担当指挥边区部队反击国民党重点围攻陕甘宁边区重担。毛泽东当即表示同意。他也考虑面对危急的情势，应当儘快建立与之相适应的军事指挥机构，需要有一位能孚众望、坚强有力的指挥员来统帅边区部队。由军委副主席、人民解放军副总司令兼总参谋长彭德怀出任此职，当然是难得的人选。但是还需要有一位熟悉当地地理民情，便于协调边区党政军民关係的政治工作领导人协同彭德怀指挥作战，以更好地发挥人民战争的威力。毛泽东想到了比彭德怀小十五岁的中共中央西北局书记习仲勋。
三月十三日，胡宗南集团发起了全线进攻，延安保卫战打响。为配合地面作战，国民党军调集作战飞机九十四架，从西安、郑州、太原等地起飞，对延安及其附近地区疯狂轰炸。胡宗南集团第一线攻击部队在炮火掩护下，以密集队形多路蜂拥攻击。陕甘宁野战集团军防御部队教导旅、警备第七团，在宽五十多公里的正面，依託第一、第二防御地带野战工事，