1933年夏，國(guó)民政府軍事委員會(huì)委員長(zhǎng)蔣介石簽發(fā)命令，正式任命孫殿英為青海西區(qū)屯墾督辦，令其率第四十一軍從察哈爾省駐地出發(fā)，經(jīng)綏遠(yuǎn)、寧夏，前往青海西部開展屯墾。蔣介石計(jì)劃讓孫殿英與西北馬家軍火并以此削弱兩支地方勢(shì)力，坐收漁利。

孫殿英長(zhǎng)期在軍閥夾縫中生存，始終缺乏穩(wěn)固根據(jù)地。打算以“青海西區(qū)屯墾督辦”的頭銜，憑借七萬(wàn)之眾的兵力，擊敗西北馬家軍，占據(jù)寧、青、甘一帶，形成獨(dú)立割據(jù)勢(shì)力。

孫殿英西進(jìn)的消息傳至西北后，青海馬麟、馬步芳率先致電南京中央，以“地方貧瘠、供應(yīng)困難、無(wú)法安置大軍”為由，請(qǐng)求收回屯墾成命。寧夏馬鴻逵則積極整軍備戰(zhàn)，封鎖黃河沿岸渡口，加固北線防御工事。為避免被孫殿英各個(gè)擊破，寧馬與青馬摒棄過往摩擦，組建四馬聯(lián)合軍，總兵力約四萬(wàn)余人，以西北軍政長(zhǎng)官朱紹良為名義統(tǒng)帥，實(shí)際由馬鴻逵任左翼總指揮、馬鴻賓任右翼前敵總指揮、馬步芳任總預(yù)備隊(duì)指揮，統(tǒng)一調(diào)度作戰(zhàn)。

馬家軍計(jì)劃誘敵深入、以逸待勞、依托地形、切斷補(bǔ)給。利用寧夏北部荒漠、黃河天險(xiǎn)與秦川地區(qū)的丘陵通道，逐步后撤，將孫殿英部引入預(yù)設(shè)戰(zhàn)場(chǎng)。同時(shí)發(fā)揮騎兵機(jī)動(dòng)性優(yōu)勢(shì)，襲擾敵軍后勤線，拖延其進(jìn)攻節(jié)奏，依托嚴(yán)寒氣候與后勤困境拖垮遠(yuǎn)征之師。

1933年11月，孫殿英率第四十一軍主力從察哈爾商都、化德一帶開拔，沿綏遠(yuǎn)境內(nèi)的黃河故道西進(jìn)，月底抵達(dá)綏遠(yuǎn)五原、臨河地區(qū)。時(shí)值塞外隆冬，氣溫降至零下二十余攝氏度，風(fēng)雪交加，道路冰封，部隊(duì)缺乏御寒衣物與充足糧草，非戰(zhàn)斗減員持續(xù)增加，官兵怨聲載道。

孫殿英本應(yīng)遵照中央“暫駐五原、待命西進(jìn)”的命令休整，但他擔(dān)心長(zhǎng)期滯留會(huì)被晉綏軍與中央軍合圍，同時(shí)急于搶占寧夏戰(zhàn)略要地，遂以“五原駐防困苦、將士饑寒交迫、需赴沃野休整”為借口，違抗中央指令，于1934年1月7日下令全軍繼續(xù)向?qū)幭耐七M(jìn)。

1934年1月10日，孫殿英正式下達(dá)進(jìn)攻寧夏的作戰(zhàn)命令，對(duì)外通電指責(zé)馬鴻逵“違抗中央命令、阻兵防邊、殘害同胞”，將軍事進(jìn)攻包裝為“執(zhí)行中央屯墾政令”的正義行動(dòng)。其部隊(duì)以步兵為前鋒，騎兵為側(cè)翼，炮兵隨行支援，分三路向?qū)幭谋辈糠谰€發(fā)起進(jìn)攻。

1月12日，四十一軍先頭部隊(duì)包圍磴口縣城，駐守此地的馬家軍一個(gè)團(tuán)稍作抵抗，便按預(yù)定計(jì)劃后撤至石嘴山陣地，未做死守。

1月13日，孫部集中步、騎、炮混合兵力，猛攻石嘴山防御工事，馬家軍依托黃河沿岸堤壩阻擊數(shù)小時(shí)后，主動(dòng)放棄陣地，退往黃渠橋。

1月14日，四十一軍強(qiáng)攻黃渠橋，雙方展開近戰(zhàn)肉搏，馬家軍防線被突破，向姚伏堡、清水堡、洪廣營(yíng)一線潰退。

短短三天內(nèi)，孫殿英部連克磴口、石嘴山、黃渠橋三處要地，兵鋒直指寧夏北部平原與秦川地區(qū)。表面上看，四十一軍進(jìn)展順利，勢(shì)如破竹，但這正是馬家軍誘敵深入的戰(zhàn)術(shù)成果——孫部長(zhǎng)途行軍、連續(xù)作戰(zhàn)，兵力分散，補(bǔ)給線已拉長(zhǎng)至兩百余里，而馬家軍主力完整，以逸待勞，正逐步將其引入秦川的合圍圈。

1934年1月下旬，孫殿英率四十一軍主力進(jìn)入寧夏秦川地區(qū)（今寧夏平羅、青銅峽交界一帶）。此地地勢(shì)開闊，南北被丘陵夾持，東西通道狹窄，是典型的易進(jìn)難出、便于封鎖的地形。

馬鴻逵部駐守東側(cè)與北側(cè)，依托黃河與溝渠構(gòu)筑縱深防線；馬鴻賓部扼守北部丘陵通道；馬步芳、馬步青抽調(diào)河西走廊精銳騎兵，迂回至西側(cè)與南側(cè)，切斷孫部撤回綏遠(yuǎn)的退路。

此時(shí)，四十一軍的弱點(diǎn)逐漸開始暴露。補(bǔ)給線過長(zhǎng)，綏遠(yuǎn)至秦川的糧彈運(yùn)輸隊(duì)頻繁被馬家軍騎兵截?fù)?，前線官兵每日口糧減半，彈藥僅能維持基礎(chǔ)作戰(zhàn)，火炮因缺乏炮彈淪為擺設(shè)，戰(zhàn)馬因缺草被大量宰殺充饑。

塞外嚴(yán)寒持續(xù)，官兵多為華北、中原人，無(wú)法耐受西北高原低溫，凍傷、感冒、腸胃疾病頻發(fā)，非戰(zhàn)斗減員占比超過三成。

部隊(duì)成分混雜，潰兵、土匪出身的官兵沿途劫掠百姓財(cái)物、強(qiáng)征糧草，與當(dāng)?shù)孛癖姏_突不斷，民眾紛紛躲避或協(xié)助馬家軍傳遞情報(bào)，孫部陷入孤立無(wú)援的境地。

1月14日，蔣介石見孫殿英已深入寧夏、與馬家軍全面交戰(zhàn)，隨即改變立場(chǎng)，密電朱紹良督飭馬家軍全力阻擊，公開斥責(zé)孫殿英“擅自進(jìn)兵、擾亂地方、違抗軍令”，并停發(fā)四十一軍全部軍餉、彈藥補(bǔ)給，同時(shí)命令晉綏軍傅作義部封鎖綏遠(yuǎn)、寧夏邊境，阻止孫部回撤。

政治上被中央拋棄，軍事上被四面包圍，后勤上彈盡糧絕，孫殿英與四十一軍徹底陷入絕境。1月底至2月中旬，雙方在秦川外圍展開數(shù)十次拉鋸戰(zhàn)，孫部雖憑借兵力優(yōu)勢(shì)多次發(fā)起沖鋒，但均被馬家軍騎兵側(cè)翼沖擊、步兵陣地阻擊擊退，攻勢(shì)逐漸鈍化，各部之間的聯(lián)系被頻繁切斷，首尾不能相顧。

1934年2月中旬，馬家軍完成對(duì)秦川地區(qū)的全面合圍，孫殿英深知困守必亡，遂集中全軍僅剩的精銳兵力，發(fā)起兩次孤注一擲的突圍作戰(zhàn)：

2月18日，孫部主攻馬步芳防區(qū)，以敢死隊(duì)為先鋒，連續(xù)沖擊馬家軍騎兵陣地，激戰(zhàn)一晝夜，官兵傷亡慘重，陣地反復(fù)易手，最終未能突破包圍圈；

2月19日，孫殿英改變方向，集中兵力進(jìn)攻馬鴻逵部防線，馬家軍依托深溝高壘頑強(qiáng)抵抗，以機(jī)槍火力與騎兵反沖擊壓制敵軍，孫部再次潰敗，突圍計(jì)劃徹底破產(chǎn)。

連續(xù)突圍失敗后，四十一軍士氣全面崩潰，糧彈耗盡，凍傷、餓斃者每日劇增，部分收編的雜牌部隊(duì)成建制潰散，或向馬家軍投降，或丟棄武器逃亡荒漠。2月22日凌晨，馬家軍下達(dá)總攻命令：馬步芳騎兵從右翼迂回包抄，馬鴻逵、馬鴻賓部步兵全線推進(jìn)，炮兵集中火力轟擊孫部核心陣地。

總攻發(fā)起后，孫部陣地迅速被分割撕裂，各部聯(lián)絡(luò)中斷，陷入各自為戰(zhàn)的混亂狀態(tài)。官兵無(wú)糧無(wú)彈，無(wú)力抵抗，要么投降被俘，要么在突圍中被騎兵追殺。2月23日黃昏，四十一軍主力被全殲，秦川戰(zhàn)場(chǎng)遍布尸體、丟棄的槍械與輜重，曾經(jīng)號(hào)稱十萬(wàn)之眾的部隊(duì)徹底瓦解。

孫殿英本人在總攻發(fā)起后，率衛(wèi)隊(duì)數(shù)百人趁夜色向東北方向突圍，穿越阿拉善旗荒漠，僥幸逃至綏遠(yuǎn)境內(nèi)，后輾轉(zhuǎn)前往太原，依附閻錫山。其部下高級(jí)將領(lǐng)或戰(zhàn)死、或被俘、或率殘部投降馬家軍與晉綏軍。據(jù)戰(zhàn)后寧夏省政府與四馬聯(lián)合軍統(tǒng)計(jì)，四十一軍此役傷亡、被俘、失蹤、潰散人數(shù)超過五萬(wàn)，輕重武器、火炮、馬匹、輜重全部損失，僅數(shù)千殘兵散逃，第四十一軍番號(hào)名存實(shí)亡，孫殿英的西北割據(jù)夢(mèng)徹底破碎。