1936年10月下旬，紅四方面軍指揮部率領第五軍、第九軍、第三十軍等部隊從甘肅靖遠附近西渡黃河。11月8日，中共中央和中革軍委正式批準授予這支部隊"西路軍"的番號。

11月11日，西路軍軍政委員會正式成立，由陳昌浩擔任主席，徐向前任副主席。

主要戰略目標：打通國際路線，獲取蘇聯援助；建立河西走廊根據地；配合河東紅軍戰略行動。

西路軍軍政委員會及總部領導

總指揮：徐向前

總政治委員：陳昌浩

副總指揮：王樹聲

參謀長：李特

政治部主任：李卓然

司令部及政治部主要成員

第1局局長：郭天民

組織部部長：張琴秋

宣傳部部長：劉瑞龍

敵工部部長：曾日三

軍人部部長：黃火青

地方工作部部長：吳永康

供給部部長：鄭義齋

衛生部部長：蘇井觀

兵站部部長：吳先恩

保衛局局長：曾傳六

各軍主要指揮員

第5軍-軍長董振堂（犧牲于高臺戰役），政委黃超（后被殺），參謀長李屏仁（后畢占云），政治部主任楊克明（犧牲），供給部長彭嘉慶，騎兵團-團長呂仁禮。

下轄部隊：

第13師-師長李連祥（后葉崇本，均犧牲），政委朱金暢（犧牲），參謀長劉培基（犧牲）。

下轄第37團-團長：李連祥（兼，犧牲），政委陳道貴（后何志余，犧牲），參謀長孟益元（犧牲），政治處主任鐘烈彬；

第39團-團長吳代朝（犧牲），政委朱金暢（兼），參謀長饒子健（后突圍），政治處主任蘇光明。

第15師-師長郭錫山（后叛變），政委謝良（重傷被俘，后歸隊）

下轄第43團-團長萬漢江（犧牲），政委何志余（犧牲），參謀長嚴鳳才；

第45團-團長葉崇本（犧牲），政委張力雄（突圍），政治處主任羅定祥。

第9軍-軍長孫玉清（被俘犧牲），政委陳海松（犧牲），參謀長陳伯稚（犧牲）、李聚奎(后)，政治部主任曾日三，騎兵團-團長黃高宏。

注：后在1936年冬，將原第26師和教導師番號撤銷，所轄部隊改編為三個團。

下轄部隊：

第25師-師長：王海清（犧牲），政委盛修鐸（后楊朝禮，犧牲）。

下轄第73團-團長張達善（犧牲），政委張榮福（犧牲）

第27師-師長陳家柱（后劉理運，均犧牲），政委李德明（后易漢文、陳修坤，均犧牲），參謀長姜振海（犧牲），政治部主任夏祖盛。

下轄第80團-團長：王學禮（犧牲），政委李有慶（犧牲）。

教導師（1936年冬撤銷前）-師長張道容（犧牲），政委易漢文（后調第27師，犧牲）。

第30軍-軍長程世才（代），政治委員李先念，副軍長程世才，參謀長黃鵠顯，政治部主任李天煥。

下轄部隊：

第88師-師長熊厚發（犧牲），政委鄭維山（突圍），參謀長熊德臣（后饒子健，突圍）。

下轄第263團-團長熊發慶（犧牲），政委鐘行忠（犧牲）。

第265團-團長：鄒豐明（犧牲），政委黃英祥（犧牲）。

第268團-團長楊秀坤（后突圍至新疆），政委徐金樹（犧牲），參謀長饒子健（后調任），政治處主任鄒開盛（犧牲）。

第89師-師長邵烈坤（被俘犧牲），政委張文德（犧牲）。

下轄第267團-團長：張明倫（后潘傳品，犧牲），政委姚運良（突圍），政治處主任羅登元（犧牲）。

第269團-團長潘傳品（犧牲），政委朱德仕（犧牲），政治處主任馮倫奎（犧牲）。

其他重要部隊

婦女抗日先鋒團-團長王泉媛（后王金媛），政委吳富蓮（犧牲），政治處主任華全雙。

騎兵師-師長董俊彥（后杜義德），政委秦賢道。

總部直屬特務團-團長徐明山（犧牲），政委李三金（犧牲）。

第4兵站-站長周業成（犧牲）。

教導團-團長王樹聲（兼）。

1937年3月，西路軍西征作戰失利后，徐向前、陳昌浩奉命返回陜北。剩余部隊由李卓然、李先念、王樹聲等組成西路軍工作委員會（李卓然任書記），并將部隊整編為三個支隊，轉入祁連山區開展游擊作戰。