兩軍合編不久，中央即決定，集中紅1軍團與15軍團主力，再殲滅東北軍1到2個師，徹底打破國民黨對陝北根據地的圍剿。於是，紅15軍團奉命集結於張村驛及其附近地區，78師位於張村釋。
中央將戰役地點，選擇在距離張村驛不遠的直羅鎮。
18日，中央軍委在張村驛主持召開方面軍團以上幹部會議，做戰役動員與部署。
會上，俊偉領導詳盡地分析了敵情，然後給大家講了《水滸傳》中武松打洪教頭的故事。
他說：“武松打洪教頭，不是先衝過去，而是先後退兩步，這是為了避其鋒芒，握緊拳頭，發現弱點，一下擊中對方的要害，直羅鎮戰役的部署正是這個道理。我們要利用有利地形，把敵人引進來，然後集中優勢兵力，攻其不備，消滅敵人的主力。”
生動的比喻，嚴密的部署，使與會眾人豁然大悟。
前敵總指揮石穿也對各級指揮員提出了嚴格要求：“抓戰機要準，打敵人要狠，一定要打出我們工農紅軍的威風，堅決殲滅敵人。”
會後，軍委組織兩個軍團的幹部前往直羅鎮，現場確定作戰部署。
這是一個不過百戶人家的小鎮，三面環山，一條從西向東的大道穿鎮而過。
鎮北是一條流速緩慢而平靜的小河。
鎮東有個舊寨子，房屋已經全部倒塌，但寨牆大部完好。
整個地勢如同一個口袋，非常利於打伏擊。
眾人看後，笑逐顏開，對勝利更加充滿信心。
眾人都在議論，石穿卻繃著臉不多說話，只是用望遠鏡細細地察看地形，不放過任何一個疑點。
忽然，他走到了徐元清跟前，指著小寨子說：“如果敵人佔領了它，就會把它變作一個據點，可能會給我們的進攻造成麻煩，要把它平掉!”
徐元清馬上說：“好的！晚上我派一個營，把它徹底毀掉!”
開會回來後，徐元清主持召開15軍團戰前動員會。
韓震頭上纏著繃帶，坐著擔架過來參加。
此前，他率領232團10月間在攻克東村寨消滅民團的戰鬥中，被敵土槍裝的劍條子彈擊傷，頭部被撕開約半寸寬，二三寸長的一道口子。
一開始，這小子渾不在意，還在繼續指揮。
可是，經不住傷口一直在流血，後因流血過多，昏迷過去，被二營政委帶人搶救下來。
一位鄉村大夫看了傷口，聽了當時的情形說：“這個長官再高半分，劍條子彈就會穿頭而過，到時候，就是大羅金仙恐怕也就不活了。”
當時，消毒及治癒槍傷的藥物均困難，加之大夫處置得比較粗糙，致使韓震傷口感染化膿。
躺了一個多月後，韓震頭部才消腫，因此，兩軍會師大會，直羅鎮戰役前幹部會議，會後看地形，他都沒趕上，還在醫院病床上。
這次，兩軍會師後第一場戰鬥，韓震無論如何也要參加。因此，部隊向張村驛行進時，他仍坐擔架。因他求戰心，師首長勸阻無效，只得讓他去。
巧的是，二營營長劉茂功也負傷了。原來，劉營長在榆林橋戰鬥中，臂部被敵槍彈穿透骨頭，隨軍同坐扭架。於是，兩人就一起坐著擔架，參加了戰前動員會。
11月20日6時，敵先頭部隊109師從黑水寺出發。
109師師長牛元峰是張漢卿的親信，狂妄自大，連軍長都不得不讓他三分，更沒有把紅軍放在眼裡。
雖然軍長再三囑託他要穩紮穩進，牛元峰卻堅持要經直羅鎮快速北進，加上紅軍派出的誘敵分隊一打就退，更使他認定紅軍是抵擋不住，怯戰退走。
這傢伙對部屬說：“我們早走晚走，怕什麼?那麼膽小，還打什麼仗!老子一個師都不怕，軍長指揮四五個師倒被嚇得像個娘們。”
他指揮部隊一路猛追紅軍誘敵分隊，在飛機的掩護下，兵分三路，浩浩蕩蕩地於20日16時進入了直羅鎮。
進了鎮子後，牛元峰見沒有紅軍，更是得意忘形。
他一面向西北“剿總”發電“報捷”，一面下令殺豬宰羊，大擺筵席，犒賞全師，慶祝“勝利”。
就這樣，牛元峰被牽住“牛鼻子”，順從地進入了紅軍的伏擊圈。
久盼的戰機終於出現。
軍團首長下達命令後，各部隊按原定部署，飛快地向預定的殲敵地區前進。
戰鬥打響後，78師232團由南向北攻擊前進，韓震與劉茂功隨團徒步跟進。他們到達一線部隊後面，距直羅鎮不到1公里的山坡上，觀察戰鬥進展。
21日拂曉5時半,紅軍全線發起總攻,75、78兩個師勇猛衝殺，反覆爭奪,戰鬥打得異常激烈。霎時間,槍炮聲、喊殺聲震撼整個山谷。
敵人頑固抵抗,我軍輪番衝鋒無大進展,一直打到下午，直羅鎮仍在敵手。
78師師長髮了火,跑來對韓震說:“你去親自指揮，務必於今晚拿下直羅鎮。”
他把手一伸,指著劉茂功說:“你也去,狠狠地打,消滅這夥免崽子。”
韓震立即表示堅決服從命令，不打進直羅鎮消滅敵人決不下戰場。於是他來到團指揮所,重新部署，組織戰鬥，選定突進方向和突破口。
是晚，紅軍再次發起進攻。
他們先讓佯攻部隊打響以牽制迷惑敵人，主攻部隊以神速動作,突然發起猛烈衝擊，一舉衝入直羅鎮。
經過激烈的村落戰，部隊分成小群多路，逐屋逐個搜剿。
232團同友鄰部隊並肩戰鬥，於天亮前佔領直羅鎮，全殲敵人1個團。
敵師長牛元鋒狗急跳牆，親自指揮,率殘部500餘人退守鎮西北角寨子內，負隅頑抗。
上級命令232團圍攻寨子,主力急速追擊106師。
得令後，232團進至距寨子百米左右，2營逼近到距敵三五十米處,將敵嚴密包圍起來,並組織小部隊衝擊,未能奏效。
這時，軍委一位領導過來觀察後指示:“敵人已經成了甕中之鱉，不好攻暫且圍著，寨子內糧水全無，圍久了他們是要跑的，爭取在運動中消滅它!”
於是，韓震立即調整部署,一面密切監視敵人動向,一面配置主力於敵可能突圍的方向，準備追殲逃竄之敵。
牛元鋒被圍在寨子內，接連發報求救。
但是，敵106師還未到直羅鎮就被紅軍擊潰了。接著，紅軍又在黑水寺殲敵一個團。
敵待援無望，於第三日趁黑夜向西逃竄。
夜裡，韓震上到2營陣地後，讓小分隊去摸一摸，發現敵正在逃，立即帶領劉茂功與10來個戰士猛追。
一氣追了20餘里，追至直羅鎮西南山溝內，牛元鋒身著呢子大衣逃上一個小山頭，見無希望逃脫，遂開槍自殺。
牛元鋒的秘書被紅軍活捉，呢子大衣也成了戰利品。
戰鬥結束了，韓震的傷口又劇烈地疼痛起來,加之疲勞飢餓和寒風的侵襲，他站立不穩，幾乎昏倒在地，被警衛人員攙扶下了戰場。