原来孙殿英用了以静为动的计策，麻痹“四马”联军，等到城防放松了戒备，便突然利用大风黑夜的有利时机，派出三个师的兵力，分三路偷袭宁夏城。
中路由刘月亭兼任指挥，向北城进袭；左路为丁庭指挥，迂回到东郊，进攻城垣；右路由杨干卿指挥，越过唐徕渠，先令一个团，摸到西城根，搭起云梯，奋勇登城。
这一手也真厉害。三路人马在丝毫没有被察觉的情况下，接近城垣。拂晓时，孙军二百多人，首先登上西城头。
但是不巧，这些登城的孙军，被一名起来解手的司号兵发现，他连忙吹起紧急军号。守城部队，迅速出动，从两头用大刀截杀，孙军寡不敌众，后继登城支援不及，全部被砍死在城头。
这时东北两路孙军也开始攻城，宁夏城三面受攻，守军三面防御，感到力量不支。
马鸿宾看到情势危急，亲自冒险督战，派出一个旅的督战队，在城垣四周列队监督。凡有后退逃跑的立即枪毙，胆怯不敢支援的，便将带兵的军官正法。因此，守城军不敢后退，拼命抵御。而攻城的孙军，此番是志在必得，且有重金悬赏，爬城亦是奋勇，搏战也是很顽强。宁夏城头血肉横飞，刀光剑影，真是一场恶战。
凌晨3点，孙军感到破城无望，停止了进攻。马步芳得知消息，方悄悄乘车返城。
到了总指挥部，只见马鸿逵正在主持召开军事会议。马步芳也不打招呼，气宇轩昂地走进会场，在马鸿逵的旁边坐下。
马鸿逵皱起眉头，问道：“子香，你让我们找得好苦！你到哪达去了？”
马步芳回答：“到防地上视察去了。”
这话答得巧妙，他没有说视察马禄的防地，这样可免被人抓住把柄。因为马禄的防区地是后方，不是孙军进攻的前沿阵地。
马鸿宾知道马步芳有意出城躲避，心中有气，故意问道：“宁夏城昨日险些叫孙军攻破，大家冒死督战，你却出城视察防地，该不是临阵脱逃吧？”
马步芳拍案而起，恼羞成怒地说道：“这是什么话！我又没有接到孙魁元电报，说他昨天要攻宁夏城哩！宁夏城防，自有城防司令负责，我的防地在城外，不出城又怎么能视察？我马步芳从小带兵，打过多少次血仗，绝不是怕死的软货！要是怕死，我昨夜冒着炮火回城来干什么？以后的日子长着哩，咱们走着瞧，看谁是兔子它娘——跑家？”
马鸿逵见马步芳恼羞成怒，怕再争吵下去，伤了双方的和气，便劝解道：“算咧，算咧，不要再争讲啦！子香出城视察，也是应该的，也很辛苦。眼下大敌当前，理应团结一致，伤和气的话甭说。大家坐下，商量一下城防的事。我看孙军还要攻城哩，大家看，这城如何守法？能不能守得住？”
马步芳问道：“守不住便怎样？”
马鸿逵说道：“要是真守不住，我看只有将宁夏城放弃，将部队撤到灵武、金积、中卫几县去。”
马步芳说道：“好主意，宁夏城一失，败局已定，此仗不必打了！”
马鸿宾问道：“那么依你之见呢？”
马步芳说：“只有固守待援，别无他法。援军一到，战局必然改观。”
马鸿逵叹息道：“蒋委员长只是命令我们讨孙，并不派兵支援。中央军杨德亮旅虽然开到了中卫，也只是拥兵观战。我们困守宁夏，也不是长久之计，而且后方粮道有被截断的危险。我想将宁夏城防交给三十五师和青海部队防守，我带十五路军主力部队撤到灵武、金积去，向委座打电报告急，得到援军后再发动全面反攻，你们可实行中心开花，配合十五军反攻，这样可将孙军消灭于宁夏城外。”
马步芳冷笑道：“十五路军主力一撤，宁夏城又如何能守得住？城被孙军攻破，如何实行中心开花？这真是旗杆上挂灯笼——高明！我们联军就此散伙，大家各保地盘为好！”
马鸿宾说道：“现在还是全力坚守宁夏城为好，这样既可稳定军心，也可反守为攻。当前重要的问题是，要赶快调集我们自己的援兵。中央军靠不住，只有我们自己的部队保险。子香是我们左翼军预备队指挥，能不能调到援军，就看子香的了。”
马步芳说道：“宁海军都是怕死的，调来了有什么用？”
马鸿逵哈哈大笑道：“子香，甭生气哩，刚才我们是有意激你这员虎将哟，没想到子香却当成了真的。马宝琳以数千之兵，尚能固守平罗，我们有精兵数万，保宁夏更有余力。孙殿英冒险深入，后无援兵，只要我们坚决打下去，就有取得全胜的希望。现在，要靠青海援军，方能扭转战局，反守为攻。望子香电调所部，火速增援，援军到日，必能全胜！”
马步芳说道：“有职无权，不为重用，劳而无功，也是白搭！”
马鸿逵说道：“甭说气话，甭说气话。援军到后，我将宁夏城防交给青海部队负责，保你有英雄用武之地！击败孙军，自会论功行赏，我亦要请求中央，提升你们兄弟为军长。”
马步芳听到这里，面上方有了喜色，说道：“总指挥放心，我即电调青海部队迅速增援！”
话犹未了，忽然空中响起了一阵怪声，紧接着屋外一声巨响，震得门窗嘎啦啦摇晃作响。马步芳惊得从椅子上跳了起来，大声叫道：“不好，孙军开始炮击了！快进地下室！”
就在这时，又是一连几声巨响，震得房摇地动，那窗外已见房屋燃烧的滚滚浓烟。哭声四起，城中一片混乱。
马鸿逵身躯肥胖，平时行动迟缓，这时又怎能自个奔跑？吓得瘫软在地，不能举步，由四个卫士扶持着，跌跌撞撞，避入指挥部地下室。马步芳倒动作敏捷，等马鸿逵、马鸿宾进来时，他已安然坐在地下室内了。
孙军的这次炮击，是攻城失败后的报复。使用的是一种新式重炮，所以威力很大，毁坏严重。宁夏城遭到了空前的浩劫。
刘月亭这次攻城未能得手，使得孙殿英非常气愤。他将大部分兵力调集到宁夏附近，发动了第二次攻城战。孙军炮兵首先用密集的炮弹轰击宁夏城，然后全线冲锋，实行强攻。
孙殿英将成箱的银元、瓶酒运到前沿阵地，犒赏士兵。士兵们领得了银元，喝了白酒，便开始冲锋。这一手也真管用，一时孙军勇气倍增，接连突破四马联军阵地。
杨干卿旅已越过唐徕渠，又一次进到西城墙根，搭起云梯，奋力攀登。杨干卿是回族，他手下的士兵，也多是回族，作战勇敢。有一股士兵已爬上墙头，双方用大刀拼搏，至死不退。守城军军心动摇，形势严重。
马鸿逵惊恐异常，准备了战马，作好了突围的准备。
就在这时，孙军忽然全线后撤，杨干卿旅也放弃攻城，撤退到原来阵地，这倒使马鸿逵惶惑不解。事后派人了解，方知是孙殿英的亲信团长卫曰功率部后退，以致牵动全线。孙殿英怕引起内讧，急忙收兵，巩固阵地。
这卫曰功后退，是因为攻城前孙殿英面许杨干卿为宁夏警备司令，他闻而不服。于是在攻城之日，率部后退，致使杨干卿功败垂成。
马鸿逵听到这消息，大喜过望。即派亲信阿匐，持信件、礼品去劝说杨干卿。杨干卿攻城失败，心灰意冷，又深恨卫曰功，早就有另谋出路的打算。见马鸿逵信中许以高官，便答应严守中立，不与“四马”联军发生冲突。
到了这年3月初，孙殿英发动了第三次攻城战。杨干卿即将攻城计划密告马鸿逵。马鸿逵事先加以防范，使孙军的攻城又告失败。
就在这时，马步芳电调的第二旅马师融部和独立骑兵第二团及一个炮兵营，及马麟长子马步荣率领的青海省政府手枪团，已经赶到宁夏。
马鸿逵见青海援军到达，自是十分高兴。为了表示对马步芳的信赖，将宁夏城防交给马师融负责。
马步芳即派该旅参谋长率马师融团防守西南城，派马步荣率手枪团和炮兵营守东北城，由旅长马师融负责城防总指挥。对于城外的北塔阵地，也派第九师第二旅第二团接防。同时令马禄旅在阳和堡一带加强戒备，以防孙军截断联军的粮道。
宁夏的3月，气候还相当寒冷。参加郊区防御战的青海部队，天寒无煤取暖，起初扒拆居民门窗取暖，后来便将初埋地下的阵亡士兵的棺木挖出，充作燃料。有时碰见宁夏红十字会的掩尸队，他们也夺棺弃尸，扛抬而去。这使十五路军的士兵十分不满，大骂青海部队是盗墓贼。马鸿逵闻知，便找马步芳，说道：“我们正在作战，为了使活着的士兵出力，须得埋葬好已阵亡的兵士，不然，你和我的部下，必会感到寒心，谁肯继续效命？”
马步芳早已知道部下挖掘棺木的事，但他从来未当做大事来对待。今见马鸿逵亲自来过问此事，知道难以掩饰，于是老着脸皮，辩解道：“我们回民作战，凡是阵亡了的，用土掩埋。可汉人太守旧，葬必用棺，我认为是白花钱哩！”
马鸿逵苦笑道：“我的部下大多数是汉人，我容许他们吃猪肉。但是，孙殿英却在传单中骂我‘非回回不信’。要是汉人死了不用棺木葬埋，岂不自己承认孙殿英骂对了？我看，现在不是谈移风易俗的时候，应该多利用汉人作战，少死些回回不更好吗？”
马步芳说道：“如果前沿士兵有煤取暖，又何必去挖棺木。警备司令部又不拨给我们煤炭，我的部队天寒地冻的打仗，也是难熬哩！”
马鸿逵说道：“青海部队的取暖费用，我已如数每月拨给，你可让警备司令部卖给你们足够的煤炭。如果你手头拮据，我很乐意送一笔费用，只要把孙殿英打垮就好了。”
马步芳听了大喜，说道：“好啊！我立即派人去郊区防地查禁。只要总指挥多多关照我们宁海军，今后保证不会发生此类事情！”
话虽这么说，但是马步芳却不愿意用到手的军费去买煤炭，只装模作样地组织了一个“新九师司令部巡察队”，派往郊区巡察。可是巡而不察，所以掘墓启棺的行为，不但没有制止，反较前增多了。
再说蒋介石看到“四马”联军团结一致，坚决抵抗，孙殿英攻坚受挫，军心不稳，战局对孙军日趋不利，即指示何应钦停发孙殿英四十一军的粮饷给养，命令撤销青海西区屯垦督办公署，免去孙殿英职务，并电令阎锡山由晋绥出兵配合马鸿逵等所部，对孙军进行夹击。
这时，甘肃绥靖公署主任朱绍良，也一改坐观成败的态度，派出轰炸机三架，向孙军主要阵地投弹轰炸。并出面请求，让蒋介石委任马步芳为陆军新编第二军军长，任命马步青为陆军新编骑兵第五军军长。兄弟二人，在3月8日分别在甘肃、宁夏就职。
这样一来，“四马”联军士气大振，对孙军进行全线反攻。孙军将领丁庭、杨干卿等因粮饷断绝，士无斗志，率所部共约二万余人，投降了马鸿逵。
孙殿英自知败局无法挽救，便在郑家油坊召开团长以上的紧急会议，下达了向后套总退却的命令。
3月19日夜，大风怒吼，飞沙走石。孙军组织炮兵，向宁夏城内射击，掩护部队退却。马步芳发现孙军溃退，即派马元海率韩起功、马禄两个旅和马步銮、马忠义两个团兼程追击。马鸿逵也派骑兵旅猛追。一夜之中，孙军被俘六千余人。到了第二天清晨，追至石嘴山一带。
此时，晋军已进抵磴口，对溃退的孙军二万余人，并未截击，反而掩护退却到绥远一带，被阎锡山所收编。晋军从磴口、石嘴山，夺取了孙军军械库中的大批军械和军用物资。
马元海率部追到石嘴山，也抢到了五六式步枪六十支，三八式马枪二百支，高射机枪两挺，大炮六门，炮弹五千多发。
马步芳只给马鸿逵送去了一挺高射机枪，其余的枪炮弹药，都作为自己的战利品，装备了自己的部队。这使马鸿逵大为不满，对来人说道：“宁夏好像是个赌场，他们赢的钱都拿去了，我们的炕被跳塌了，却没有人来管！”
马步芳听了，笑道：“宁夏是个赌场，他肥人就是庄家。他的赚头还少吗？投降的孙军人马都归他收编，人马捞得不少。我们拼命夺了些枪炮，他便眼馋。我一枪一弹都不给他，有本事朝阎锡山要去！”
马鸿逵由于怀恨，便伺机报复。他借口宁夏战争结束，对马步芳和马步青的部队，一律停发给养。而对马鸿宾的三十五师的给养，仍然按月拨给。马步芳认为这是有意刁难宁海军，便去找马鸿逵论理。马鸿逵见马步芳找他，知道是为了粮饷的事情，却笑嘻嘻地问道：“子香，你深夜前来，莫不是要回西宁去哩？”
马步芳愤愤不平地说道：“总指挥，你带兵太不公平！孙殿英捣坏了宁夏的门，跳塌了宁夏的炕，你们几乎立不住脚！我们帮助宁夏，打走了孙殿英，还没坐下来休息，就想赶走有功劳的人，连一口饭都不让吃，太没道理了！”
马鸿逵说道：“子香，有话坐下慢慢说。我怎的没让你吃饭啦？是我的部下怠慢你啦？”
马步芳说道：“我的部队还没有撤防，你就停发给养，这不是从客人的手里夺饭碗吗？我的部队是你请来参战的，不是来宁夏要饭的。这真是公公背着儿媳朝华山，功没功的苦没苦。太不顾我的情面了！”
马鸿逵说道：“家穷难待客，话丑理端。我也不怕你笑话，宁夏经此兵灾，元气大伤。灵、朔、平、磴四县，遭灾七万五千余户，灾民四十五万八千人。被炮火打伤及冻饿死者，就有五千三百八十多人。此外，牲畜、农具、米粮、财物、房屋等项的损失，总计已达两千多万元。孙军像蝗虫一样，已将郊区及宁夏附近各县的米粮抢光吃净，宁夏城内的存粮，也因支持主客军而告罄。我们是亲戚，你和你司令部的人员，就是在宁夏住上三年五载，我也得好菜好饭地招待，有我吃的，就有你们吃的。可是，你们兄弟驻扎在宁夏的军队共有一万一千多人，再加上十五路军和三十五师，共有六万二千多人马。就是宁夏城内有米山面山，我也支应不起。如今拒孙战事业已结束，我看子香军长下命令将部队撤回青海及河西，忙自家的事为好。”
马鸿逵的这一席话，虽是哭穷，但也是实情。马步芳见马鸿逵下了逐客令，知道争也无益，于是便说道：“我们的部队自会按计划撤回青海、河西，绝不会在宁夏多呆一天。只是，部队还未调走，你就停发一切给养，这于情于理都讲不通。中央军这次并未参战，可你照样发给充分的给养。这不是一样的客，两样待法吗？我现在把话说在明处。这样下去，军心不服，闹出事来，我概不负责！”
马鸿逵听马步芳话中有威胁之意，只好暂退一步，说道：“好，我答应再支应你们兄弟半月军粮，望子香按计划早日将部队撤回。过了期限，我可不负责任了。”
马步芳想再挖苦几句，只见马鸿逵大声喊副官送客，便转身离开十五路军司令部。当夜，他下令青海军及马步青的部队分期撤回青海及河西。第二日，他带领司令部人员，坐车前往中卫。马鸿逵自知马步芳、马步荣这日离开宁夏省城，但避而不见，也没有组织人员送行。因此，同4月前进入宁夏的热闹欢迎场面大不一样。
马步芳怀着极不愉快的心情，乘车离开了宁夏。他暗下决心，今后与马鸿逵绝不来往，专心经营青海的地盘，干出个样子，让马鸿逵瞧瞧。