1947年蒋介石对延安发动重点进攻，许光达受命率部保卫毛泽东和党中央。
8月16日，许光达接到彭德怀的命令，率部火速开往乌龙铺，接应和掩护中央机关转移。
这时局势十分险恶。国民党军第三十六师已到达镇川堡，同时，董钊的1个师、刘戡的5个旅已由绥德直扑葭县，刘戡部和第三十六师，南北相距只不过百里路，东向封锁了黄河渡口，西向控制了威榆公路。中共中央机关被挤在葭县、米脂、榆林三县交界的狭小地区，背后是沙漠，东、西侧是黄河、榆林河，南北敌人大军压来，包围圈越缩越小。
8月16日晚，党中央和毛泽东、周恩来、任弼时等人冒着大雨进至葭县乌龙铺以东的曹家庄。周恩来亲自打电话给彭德怀，告之中央机关不过黄河，仍继续留在陕北，但处境困难，希望彭德怀派一名得力的将领火速带兵前来，保卫中央机关转移。
正是在这样十万火急的背景下，许光达率领部队冒着大雨，拼命向乌龙铺前进。
中央的安危，此时正系于他和三纵的身上。
行军途中，许光达把各旅的负责人召集来，边走边交代任务。
8月17日，三纵到达指定地域乌龙铺。许光达向各旅长下达了死命令：“中央的安全全系在三纵身上，哪怕是敌人的炮弹落在身上，也不许后退一步！”
这时敌三十六师以一一三旅为前梯队，由镇川堡向乌龙铺前进。毛泽东判断该师主力必将经沙家店地区东犯。因此，决定集中野战军主力在运动中歼敌三十六师于沙家店一带。
于是，彭德怀命令：许光达指挥三纵和绥德军分区警备四团、六团插到乌龙铺与沙家店之间的当川寺，切断敌一二四旅与其主力的联系。同时，王震指挥的二纵等4个旅，在沙家店地区张开“口袋”，围歼敌三十六师主力。贺炳炎的一纵进至沙家店以西，堵死敌三十六师的退路，并担任对增援之敌的阻击任务。
这样，敌三十六师基本上落入彭德怀的手掌心了。
然而，敌三十六师只是进攻之敌中的一路，另一路刘戡带领的5个旅仍冒雨进犯，已经到了葭县的店头镇一带。中共中央机关因茨芦河河水猛涨而无法北进，改向西北方向移动，还是没有脱离危险。
这时，许光达的指挥所离中央机关仅隔一条雨裂沟。他召集各旅旅长到指挥所开会，在对面的山梁，只见一支队伍在转移，有男有女，有老有少。这正是中央机关。许光达说：“人在阵地在，我们要以自己的血肉之躯保卫党中央的安全。”
旅长们会心地转身往各自的指挥部跑去了。
8月18日上午，三纵的独五旅及绥德军分区警备四团、六团在乌龙铺之北与敌接火，其他部队在乌龙铺以南抗击西援之敌3个旅。阻击战斗从上午一直打到第二日拂晓，三纵顶住了敌人1个军部及3个旅的轮番进攻，敌未能前进一步。
尽管彭德怀已在沙家店布下口袋，正准备围歼敌三十六师主力，但对许光达来说，其处境却是相当困难的。前边有刘戡的主力压过来，后边是葭芦河，三纵背水而战，这是兵家大忌。然而，许光达却知“忌”而行，英勇奋战。
由于三纵果敢的牵制行动，使得一纵和二纵能够迅速将敌三十六师师部及一六五旅包围在沙家店，毛泽东于是发出了歼敌紧急动员令：“彻底消灭三十六师，是我西北战场由战略防御转入战略反攻的开始，是收复延安解放大西北的开始！”在彭德怀的指导下，全军将士个个斗志昂扬，奋勇争先，向被围之敌发起猛攻。
整编三十六师是胡宗南的嫡系部队，为此，胡宗南急电三十六师师长钟松，命令其固守待援。第二十九军军长刘戡，由南路北上，令五十五旅就近来援，自己率主力即后赶去。
然而，刘戡3个旅遭到许光达三纵的顽强阻击，难以前进。许光达还命令部队实施阵前出击，曾一度打到了刘戡的军部，连刘戡的警卫部队也被冲散，把刘戡惊出一身冷汗。刘戡从混乱中逐渐清醒过来后，才集中兵力向三纵发起轮番攻击。
面对着优势敌军的疯狂冲锋，许光达沉着应战，采取“少摆多屯、不断添油”的灵活战法，保留强大的预备队，不断地增强战斗的韧性和持续力，与敌人斗智斗勇，顽强地打退了敌人一次又一次的进攻，把敌人死死地钉在当川寺一线无法进展。刘戡的部队当时距离三十六师的阵地只有30多里，仍是被阻隔不能会合，谁也救不了谁。整编三十六师，孤军突进，只能孤军作战，最后全军覆灭了。
而当敌三十六师被歼之后，刘戡见势不妙，掉头回逃。
这样，我党中央机关化险为夷，继续留在陕北指挥全国解放战争。
沙家店一仗，是西北野战军一次漂亮的歼灭战。事后，毛泽东称赞沙家店这一仗确实打得好！说：“侧水侧敌本是兵家所忌，而我军却犯了这个忌，在短短一天的时间里就取得了前无古人的胜利。”