。在发起进攻前，他又要求红一军团和红十五军团的团以上干部到直罗镇周围，察看地形，研究具体作战部署。
直罗镇是一个不过百户人家的小镇，三面环山，一条从西而来的大道穿镇而过，北边是一条小河。干部们看过后兴奋地说：“这一带的地形，对我们太有利了！”“敌人进到直罗镇，真如同钻进了口袋。”
二十日下午，东北军第一○九师在飞机掩护下孤军深入，沿葫芦河进入直罗镇。当晚，毛泽东下达命令，按原定部署，红一军团从北向南，红十五军团从南向北，在拂晓前包围直罗镇。毛泽东的指挥所设在距直罗镇不远的一个山坡上。战斗打响前，他在下达作战命令时斩钉截铁地说：“这个仗，一定要打好！”“我们要的是歼灭战，不是击溃战！”
二十一日拂晓，红军突然从南北山上向直罗镇猛扑下去。第一○九师仓促应战，激战至下午二时，大部被歼。红军在打援中又歼灭援军第一○六师的一个团。到二十四日，第一○九师残部在突围中被红军全歼。直罗镇战役的胜利，打破了国民党军队对陕甘根据地的“围剿”，用毛泽东的话来说：是“给党中央把全国革命大本营放在西北的任务，举行了一个奠基礼”。
战役结束后，毛泽东在红一方面军营以上干部大会上，作了《直罗战役同目前的形势与任务》的报告。他指出取得这次战役胜利的原因是：“一、两个军团的会合与团结（这是基本的）。二、战略与战役枢纽的抓住（葫芦河与直罗镇）。三、战斗准备的充足。四、群众与我们一致。”④报告还提出，在新形势下，对待俘虏军官采取一律不杀和优待释放做法，既搞下层统一战线也搞上层统一战线。这是针对过去“左”倾教条主义领导人主张只搞下层统一战线、不搞上层统一战线来说的。
会后，毛泽东会见徐海东。先同他谈了当前敌人动向和我们将采取的对策，然后询问部队伤亡和伤员安置的情况，要他好好组织部队休息，让战士们都洗洗脚。当听他讲到在鄂豫皖根据地搞的肃反中还有三百多“反革命嫌疑犯”没有作结论时说：这些同志都跟着长征一路过来，吃了许多苦，为什么还当作反革命？要立刻给他们摘掉嫌疑犯的帽子，党员恢复党籍，团员恢复团籍，干部要分配工作，还要徐海东亲自去解释，安慰他们。徐海东回忆道：
“我按照毛主席的指示，向三百多个被冤枉的同志宣布了恢复他们的党团关系。三百多个同志全哭了，我也流了泪。从这件事，我又一次感受到，毛主席是最实事求是的。那些同志如果不是毛主席，不知还要被冤枉多久呢！”⑤
毛泽东在前线紧张地指挥作战的同时，十分关心刚到后方瓦窑堡的中共中央机关的工作。当张闻天来电向他征询改变对富农政策的意见时，他复电表示基本同意，同时也提出，当斗争发展，贫农、中农要求平分富农土地时，党应赞助这一要求。富农可与贫农、中农分得同等土地。过去分坏田的原则是不对的，但富农土地完全不动的原则，在苏区尤其在南方苏区也是不对的。在土地问题上，对富农策略同中农应该有一点区别。⑥
毛泽东更关注的是陕北肃反扩大化的问题。他和周恩来、彭德怀从前线致电张闻天、博古，请他们详细考察这方面的实际情况，并且肯定地指出：“错捕有一批人，定系事实”；要纠正错误，但处理要慎重，要有利于领导层的团结。中共中央决定：由董必武、李维汉、王首道、张云逸、郭洪涛负责审查这个“案件”。
直罗镇战役结束后，毛泽东等从前线回到后方的瓦窑堡。他和中共中央其他负责人一起，听取五人小组关于审查刘志丹等“案件”情况的汇报，指出：“逮捕刘志丹等同志是完全错误的，是莫须有的诬陷，是机会主义，是‘疯狂病’”，应予释放。王首道回忆说：“毛主席还号召全体干部、军民进一步加强团结，一致对敌。毛主席的指示和刘志丹等同志释放的消息传出以后，广大军民奔走相告，欢欣鼓舞，热烈欢呼：‘刘志丹同志得救了！’‘陕北得救了！’”⑦
直罗镇战役的胜利和陕北肃反扩大化问题的纠正，使陕甘革命根据地原来面对的两个最紧迫的问题得到了解决，使中共中央能够在这里站定了脚跟，能够获得一个相对安定的环境来考虑和处理许多带全局性的问题。
一九三五年，中国整个时局发生巨大的变动。日本帝国主义大大加快了他们企图独占中国、不断扩大对中国的侵略的步伐，并且把矛头进一步指向华北，使中华民族同日本侵略者之间的民族矛盾急遽上升了。这一年，国民党政府先后同日本签订了丧权辱国的塘沽协定，达成“何梅协定”等，把河北、察哈尔两省的大量主权拱手让给日本。但日本帝国主义并不因此罢手，反而更加得寸进尺，发动所谓“华北自治运动”，企图将河北、山东、山西、察哈尔、绥远五省和北平、天津、青岛三个特别市脱离中国政府管辖，由它直接控制。这就激起了全国人民的愤怒，开始掀起抗日救亡运动的新高潮。
中共中央为了推进抗日救亡运动，在十一月十三日发表《为日本帝国主义并吞华北及蒋介石出卖华北