▲少帥張學良
1934年春，剛剛從歐洲通路歸來的少帥張學良就任鄂豫皖三省“剿匪”副總司令，率領東北軍各部參與對紅軍的圍剿；次年4月，為了消滅即将長征到達陝北的紅軍主力，蔣介石在西安設立西北“剿總”，仍任張學良為副總司令，東北軍各部也随其北上，開進陝西、甘肅等省駐紮，準備趁紅軍立足未穩，就從多個方向發動圍攻，将其聚而殲之。
▲長征紅軍到達陝甘根據地
東北軍與紅軍首戰失利
在這些東北軍部隊中，何柱國第57軍可謂頭号主力，下轄沈克第106師、江淮仁第108師、牛元峰第109師、董英斌第111師、常經武第120師共5個師，總兵力約4萬餘人。雖然已經離開東北老巢長達四年，但該軍的裝備依然精良，各團都配屬迫擊炮連、平射炮連，各營都配屬重機槍連，各排都配屬至少3挺機槍，無論兵力還是火力，都不輸給蔣介石的嫡系中央軍部隊。
但放着侵占東三省的日寇不打，卻來圍剿北上抗日的紅軍，東北軍官兵普遍積極性不高。1935年10月，東北軍另一主力第67軍派出第110師從延安出發，救援遭到圍攻的甘泉城，結果在勞山一帶遭遇埋伏，僅6個小時就全軍覆滅，師長何立中也重傷身亡；消息傳來，東北軍各部士氣更加低落。
▲牛元峰劇照
後勤主管想好好表現一下
但甘泉城還是得救援，任務很快又交到駐兵太白鎮（今甘肅省慶陽市合水縣太白鎮）第57軍頭上，由于軍長何柱國正奉命編練騎兵軍，是以軍長一職暫由第111師師長董英斌代理，在董主持召開的軍事會議上，參會的各位師長、團長都有些怯戰，竭力主張繞道洛川方向前往救援，雖然要多走200多裡，但道路平坦開闊，而且都是自己的控制區，相對安全；唯獨第109師師長牛元峰不同意，堅決要求穿過直羅鎮、張村驿等紅軍控制區域，直接北上救援。
牛元峰還譏諷在場衆人：“那樣膽小，還打什麼仗！我1個師都不怕，你們4個師還怕什麼？”為了表示自己并非耍嘴皮子，牛還主動請纓，願意率領109師擔任全軍的開路先鋒，首先拿下直羅鎮。牛元峰如此英勇似乎沒有道理，因為他雖然官至少将師長，但根本沒有打過仗，一直都在後勤部門工作，擔任東北軍辎重司令多年；但大家不知道的是，牛元峰剛剛參加了蔣介石親任團長的廬山軍官訓練團，滿腦子都是“攘外必先安内”的反動思想，急于立功表現一下。
▲直羅鎮戰役形勢圖
直羅鎮内外全軍覆滅
此外，牛元峰心中有自己的小九九，他雖然知道直羅鎮屬于紅軍陝甘根據地，但該鎮距離第57軍主力駐紮的合水縣城不足百裡，而且位于從合水到陝西鄜縣的大道上，是以紅軍主力不會駐紮，更不會設伏；但過了直羅鎮就會深入陝甘根據地，将會一站比一站危險，如果自己先拿下直羅鎮，那麼往後的張村驿、鄜縣就用不着自己率109師上陣了。
11月20日拂曉，109師率先出發，雖然沿途連續不斷有零星戰鬥，但都不怎麼劇烈，當天中午部隊就到達直羅鎮一帶。這裡是一處有着200戶居民的村鎮，南北兩側都有連綿不絕的土山，中間夾着一條窄長的葫蘆河河谷，109師行軍隻能擺成一字長蛇陣，沿着葫蘆河南岸蜿蜒行進；盡管地形如此險要，但牛元峰對自己的判斷依然信心滿滿，還未進鎮就讓參謀拟電向西安總部和軍部報捷，并下令部隊就地休整。
▲油畫《直羅鎮戰役》
次日淩晨，紅軍突然越過南北兩面土山，一陣猛打猛沖，将109師在鎮外的2個團殲滅大半，并将直羅鎮團團圍困。牛元峰率部堅守到23日夜，糧食耗盡，隻能率部突圍，但很快被紅軍追上消滅，牛元峰也被擊斃。此戰，紅軍俘虜5300多人，繳獲長短槍3500多支、輕機槍176挺、迫擊炮8門、子彈22萬發。