宜川、瓦子街戰役敵軍主力被殲，阻止我軍南進的“重點機動防禦體系被擊破後，渭河南北、洛河兩岸，延安以南20餘縣的廣大地區，僅有135旅，整編第2旅、新編第9旅、騎兵第2旅共4個旅分散駐守銅川、耀縣、三原、鹹陽、臨潼等地。新拼湊的第61旅守備洛川；其整編第17師守備延安孤城；黃龍山麓之黃陵、宜君、白水、蒲城、澄縣、邰陽、韓城、石堡地區，僅有敵3個保全團及各縣保警隊守備。敵軍後方空虛，胡宗南不得不“剜肉補瘡”調回豫西之整編第1師、第30師、第36師、第65師、第38師及漢中的第203師至西安附近守備，以確保西安。但4個師尚在潼關以東，1個師在空運西安中。
宜川解放後，黃龍山廣大地區隨之迅速解放。西北人民野戰軍進行了短促的組織整頓後，決乘勝向南發展進攻，發起黃龍山麓戰役。以掃清渭河以北分散守備之敵，截斷延安、鹹陽公路，繼續擴大戰果，擴大我軍的政治影響，促使裴昌會兵團迅速回陝，更孤立延安守敵·鞏固老解放區，鞏固與擴大黃龍新解放區，解決我軍糧食問題。戰役計畫及部署如下：
1．第1、第4縱隊由張宗遜副司令員統率，3月5日晨向崾峻鎮敵72團攻擊前進，殲滅守敵後向黃陵、宜君發展進攻，並首先奪取宜君，爾後以一部兵力控制宜君至銅川之間要點，主力即圍攻黃陵殲滅守敵，準備向南阻擊敵援軍，向北堵擊可能由洛川逃跑之敵；
2．第2縱隊於3月5日晨向石堡攻擊前進，殲滅陝西保全第1團，相機奪取澄縣、白水，並殲滅該地區反動地方武裝後，集結於白水、澄縣機動地區，準備殲敵援軍；
3．第3、第6縱隊，以奪取洛川為目的，3月6日晨分道前進。第3縱隊經舊縣鎮向洛川開進，主力進至洛川城東及城北，並以一部控制交道鎮，對延安之敵偵察警戒，阻擊可能由延安退逃之敵；第6縱隊取道洛(川)宜(川)公路經舊縣鎮以南開進。主力進至城西及城南，以一部控制洛川以南之交口河地區。各縱隊於3月9日完成圍城部署後，即圍攻洛川城，殲滅守敵；
4．以上各縱隊完成當前任務後，如敵援軍來援，則相機殲滅之，如援軍不到，則西進開闢麟遊山區根據地或北上殲滅敵第17師收復延安。
3月5、6兩日晨，我軍按預定計畫開進。第1、第4縱隊於3月10日向宜君攻擊。宜君守敵乘我未將西門封鎖之際，於10日向西突圍逃竄，我遂占領宜君，但僅俘敵10餘名，未能將敵追殲；我第3、第6縱隊，於9日完成對洛川之包圍，當晚即發起衝擊，外圍之敵逃入城內。10日晚，我軍再次發起攻擊，守敵拚死頑抗，同時因我攻擊部隊驕傲輕敵和天雨阻礙，兩次攻擊未克，遂構築工事，準備再攻。我第2縱隊於8日西渡洛河，殲滅了敵地方武裝400餘人。9日進至蒲城附近，準備攻擊蒲城。
我軍圍攻洛川，解放黃陵、宜君，進迫蒲城，使胡宗南急令由豫西回撤之整編第1師、整編第34師、整編第36師、整編第38師、整編第65師等8個旅統由裴昌會指揮，組成第5兵團，由靈寶、陝州迅速回陝，以保守西安並相機增援洛川。其先頭第36師第28旅及123旅於11日增防蒲城，保障其主力之機動。
根據上述情況，我軍除以第3、第6縱隊繼續積極圍攻洛川，誘敵北援外，第1、第4縱隊就地集結，第2縱隊撤至白水縣附近集結，準備殲滅可能北援之敵。
困守延安之敵整編第17師於3月26日以獨立第48旅(欠143團)附陝西保全第11團南下聲援洛川，27日一進至甘泉。正當我軍準備乘敵繼續南進，以主力殲滅該敵於運動中，敵突然於31日回竄延安。
由於洛川敵軍憑藉險要地形和堅固設防，並以政治誘騙手段和連座法殘酷統治，頑強抵抗，我第3縱隊、第6縱隊經22天的連續圍攻，但由於宜川、瓦子街戰役勝利後產生驕傲情緒，對洛川之特殊險要地形、堅固設防及守敵之頑強等估計不足，加之缺乏必要的攻城器材，以及天氣惡劣等原因，雖部隊作戰勇猛，但偵察不周，協同不好，消耗了我軍的戰鬥力和彈藥，傷亡1500餘人，洛川仍久攻不克；部署打延安南援之敵又因敵縮回未果。而南線之敵蠢蠢欲動，我決心圍困洛川，主力西移，誘裴昌會兵團增援洛川，在運動中尋機殲滅之。4月5日敵裴昌會率5個師由銅川沿成延公路北進。但前而不進，行動極為謹慎，5個師蝟集一團，日行15公里，夜退7公里，步步為營，齊頭並進，7天行始52公里，我軍未獲殲敵良機，戰役遂告結束。
黃龍山麓戰役，我軍雖僅殲敵3000餘人，但達到了擴大與鞏固了黃龍分區的預期目的，使西北解放區與晉綏、晉南連成一片，解決了我軍的糧食問題，使我黃龍分區與關中分區相互呼應，孤立了延安守敵，為解放延安創造了條件。更為重要的是我軍模範執行黨的新區政策的實際行動，在民眾中獲得了極好的政治影響。粉碎了國民黨長期在西北人民中的反動宣傳，為西北人民革命戰爭繼續發展和勝利創造了有利條件。同時，也支援與配合了中原戰場及鄂豫陝解放區的鬥爭。
