1936年10月下旬，红四方面军指挥部率领第五军、第九军、第三十军等部队从甘肃靖远附近西渡黄河。11月8日，中共中央和中革军委正式批准授予这支部队"西路军"的番号。

11月11日，西路军军政委员会正式成立，由陈昌浩担任主席，徐向前任副主席。

主要战略目标：打通国际路线，获取苏联援助；建立河西走廊根据地；配合河东红军战略行动。

西路军军政委员会及总部领导

总指挥：徐向前

总政治委员：陈昌浩

副总指挥：王树声

参谋长：李特

政治部主任：李卓然

司令部及政治部主要成员

第1局局长：郭天民

组织部部长：张琴秋

宣传部部长：刘瑞龙

敌工部部长：曾日三

军人部部长：黄火青

地方工作部部长：吴永康

供给部部长：郑义斋

卫生部部长：苏井观

兵站部部长：吴先恩

保卫局局长：曾传六

各军主要指挥员

第5军-军长董振堂（牺牲于高台战役），政委黄超（后被杀），参谋长李屏仁（后毕占云），政治部主任杨克明（牺牲），供给部长彭嘉庆，骑兵团-团长吕仁礼。

下辖部队：

第13师-师长李连祥（后叶崇本，均牺牲），政委朱金畅（牺牲），参谋长刘培基（牺牲）。

下辖第37团-团长：李连祥（兼，牺牲），政委陈道贵（后何志余，牺牲），参谋长孟益元（牺牲），政治处主任钟烈彬；

第39团-团长吴代朝（牺牲），政委朱金畅（兼），参谋长饶子健（后突围），政治处主任苏光明。

第15师-师长郭锡山（后叛变），政委谢良（重伤被俘，后归队）

下辖第43团-团长万汉江（牺牲），政委何志余（牺牲），参谋长严凤才；

第45团-团长叶崇本（牺牲），政委张力雄（突围），政治处主任罗定祥。

第9军-军长孙玉清（被俘牺牲），政委陈海松（牺牲），参谋长陈伯稚（牺牲）、李聚奎(后)，政治部主任曾日三，骑兵团-团长黄高宏。

注：后在1936年冬，将原第26师和教导师番号撤销，所辖部队改编为三个团。

下辖部队：

第25师-师长：王海清（牺牲），政委盛修铎（后杨朝礼，牺牲）。

下辖第73团-团长张达善（牺牲），政委张荣福（牺牲）

第27师-师长陈家柱（后刘理运，均牺牲），政委李德明（后易汉文、陈修坤，均牺牲），参谋长姜振海（牺牲），政治部主任夏祖盛。

下辖第80团-团长：王学礼（牺牲），政委李有庆（牺牲）。

教导师（1936年冬撤销前）-师长张道容（牺牲），政委易汉文（后调第27师，牺牲）。

第30军-军长程世才（代），政治委员李先念，副军长程世才，参谋长黄鹄显，政治部主任李天焕。

下辖部队：

第88师-师长熊厚发（牺牲），政委郑维山（突围），参谋长熊德臣（后饶子健，突围）。

下辖第263团-团长熊发庆（牺牲），政委钟行忠（牺牲）。

第265团-团长：邹丰明（牺牲），政委黄英祥（牺牲）。

第268团-团长杨秀坤（后突围至新疆），政委徐金树（牺牲），参谋长饶子健（后调任），政治处主任邹开盛（牺牲）。

第89师-师长邵烈坤（被俘牺牲），政委张文德（牺牲）。

下辖第267团-团长：张明伦（后潘传品，牺牲），政委姚运良（突围），政治处主任罗登元（牺牲）。

第269团-团长潘传品（牺牲），政委朱德仕（牺牲），政治处主任冯伦奎（牺牲）。

其他重要部队

妇女抗日先锋团-团长王泉媛（后王金媛），政委吴富莲（牺牲），政治处主任华全双。

骑兵师-师长董俊彦（后杜义德），政委秦贤道。

总部直属特务团-团长徐明山（牺牲），政委李三金（牺牲）。

第4兵站-站长周业成（牺牲）。

教导团-团长王树声（兼）。

1937年3月，西路军西征作战失利后，徐向前、陈昌浩奉命返回陕北。剩余部队由李卓然、李先念、王树声等组成西路军工作委员会（李卓然任书记），并将部队整编为三个支队，转入祁连山区开展游击作战。