与此同时，摩天岭战役红四方面军第三十军九十师到达文县李子坝附近的悬马关。红军便衣侦察队越过悬马关，深入文县境内二十余华里，进至山王庙、窑场坪一带侦察。胡宗南急忙带主力部队从天水赶赴碧口督战，于是双方在九道拐、大刀岭一带展开了激烈战斗。
摩天岭战役最为激烈。4月10日，红三十军由江油青林口进入青川境内，经凉水、关庄、古城到达青溪，立即派出一支部队经关庄抢占了川甘交界的战略高地摩天岭。
胡宗南害怕红军大部队一举突破摩天岭进入甘肃南部，电令驻守松潘的四十九师伍成仁部从西面向摩天岭逼近，另增调两个旅的兵力，在通往文县沿途的怀抱树、沙坝里、梁家坝、石磨河、九洋坝等地设防。红军在腹背受敌、后续部队没有跟进的情况下，为避免孤军深入，遂决定停止进攻，退守摩天岭。
至摩天岭战役4月28日下午，红四方面军奉命西进，坚守平台山、悬马关、摩天岭阵地的红军主动撤离战场。这次战役激烈地进行了十八天，敌我双方都有较大伤亡。数百名红军战士在战斗中光荣牺牲。
“摩天岭战役”东、西战场近百华里，双方投入三十个团，数万兵力，战斗十分激烈。红军占领了平台山、摩天岭、悬马关等战略要地，歼灭了大量敌人，但终因敌军兵力强大，防守严密，加之这一带山大沟深，人烟稀少，地形险要，红军给养不足，弹药缺乏，战役虽未能达到消灭胡宗南部队、进入甘肃南部建立根据地的战略目标，但大量消灭了敌人，达到了阻敌南犯之目的。
摩天岭战役的失利，在很大程度上影响了中国革命的进程。由于甘肃南部和川西北地区一直控制在敌人手里，迫使红军不得不跨越茫茫草地，致使一、四方面军分裂，给红军北上造成严重困难。在次年二、四方面军北上时，也遇到很大困难。
徐向前曾沉痛地总结说：“川陕甘计划未能实现，非常失策，是关系整个革命的命运问题。如果当时实现了这个计划，中央红军北上就有了立足点，形势会大不一样的。”