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1925年9月21日，刘郁芬率西北军第二师从包头出发，分五个梯团经宁夏向兰州方向前进。包头到兰州之间约两千里路，大多为荒漠地带，交通不方便，近万人的队伍通过，食宿、饮水都很困难。由于预先派出宣传队宣传了国民军的革命主张，第二师入甘的路上对部队行军纪律要求也很严格，每个士兵的臂章上都有六个字“不扰民，真爱民”，所以沿途的老百姓基本能够安堵如常。
月底，刘郁芬抵达宁夏的北方门户石嘴山，受到驻扎在这里的马鸿逵的殷勤接待，顺利通过石嘴山，陆续向银川集结。第二师轻骑兵率先到达银川。
10月5日，刘郁芬亲率大队人马开进银川城，宁夏镇守使马鸿宾欢迎尽礼，双方相处融洽。刘郁芬将总部设在余鼎铭公馆内，军队就地休整，补充粮秣。
到了银川，刘郁芬立即给甘肃各镇守使发电报，说明他奉命率部入甘，代为主持甘肃军政事宜，以此来探测各镇守使的态度。结果除陇东镇守使张兆钾毫无表示外，其他镇守使都陆续来电表示欢迎。
但是，兰州方面的态度却不明了。当时，陆洪涛被迫离开兰州后，甘肃陆军第一师师长李长清把持了省政府。刘郁芬数次给李长清打电报，请他暂时维持兰州秩序，借以试探其态度，但始终没有得到回电。一直拖到十月中旬，李长清仍无明白表示。刘郁芬便派蒋鸿遇率便衣手枪队二百多人先行潜入兰州，然后将全师分编为九个梯队，相继出发成行，离开银川前往兰州。
蒋鸿遇到了兰州，会见了代理甘肃省长杨思，又见了李长清，表示了冯玉祥对他的倚重之意，李长清信以为真，才对刘郁芬到来表示欢迎。
刘郁芬率部走到长流水，接到了李长清的欢迎电，于是日夜兼程前进。刘郁芬的部队到达兰州，李长清亲自率队出城迎接，可是一连迎接了几天，却都没有见到刘郁芬，之后才知道刘郁芬已夹杂在士兵队伍中进了兰州城。
进入兰州后，刘郁芬立即将部队分配驻扎于城内外各处，并遵冯玉祥之命，以总指挥代理督办甘肃军务善后事宜。
李长清虽然表示服从，但并非诚心就范，双方矛盾逐渐加深并激化，李长清暗中勾结吴佩孚，企图东击西应，攻击冯玉祥的部队。刘郁芬得悉这一情况后，秘密布置，先在白塔山和五泉山安置炮兵，对准李长清的师部，又设计诱骗李长清到督署赴宴，将李长清勒死，埋在督署后花园。
稳定甘肃政局后，刘郁芬开始整肃政纪，通过国民军的调动观察各镇守使的态度。他命令国民军第二师的梁冠英旅驻防定西，丁振国旅驻防宁夏，又安排韩有禄为旅长的第五混成旅驻防固原。随着兰州政权逐渐稳固，割土自王的各镇守使，也均表示对刘郁芬的服从，陇南镇守使孔繁锦甚至和刘郁芬结拜为把兄弟。于是刘郁芬将兰州城内的国民军开出省城，分扎各处。
到了1926年初，张作霖、吴佩孚以“反赤，打倒北方大害”为口号，攻打南口，联合进攻冯玉祥部队。
陇东镇守使张兆钾立即发出声讨刘郁芬的通电，吴佩孚派人入甘，许诺张兆钾为甘肃督军、孔繁锦为甘肃省长，鼓动二人攻打兰州。于是张兆钾联合孔繁锦，组织了四万人，大举围攻兰州，西宁的马麟也限制将粮食运往兰州，守卫部队不过万人的兰州一时处于危急之中。
刘郁芬固守兰州，紧急向冯玉祥求援，并将张兆钾免职，任马鸿逵为陇东镇守使，令马鸿逵率部进兵海原、固原，截断张兆钾的退路，进而威逼平凉，同时另派孙良诚旅由兰州进攻平凉，成夹攻之势，“围魏救赵”，以解除对兰州的威胁。
马鸿宾认为马鸿逵如果按令行事，和张兆钾发生冲突，会引火烧身，于己不利，劝马鸿逵不要去。
就在这个时候，马福祥派亲信副官马鸣銮送来的一封密信。马鸿逵拆开信，却见纸上并无一字，不解其意。马鸣銮告诉他，用药水泡湿，文字即显露出来。密信的大意是，如果出兵打张兆钾，今后在甘肃将无立足之地。
马鸿逵听取了父亲的指示和马鸿宾的意见。其实他也知道刘郁芬的用意，调自己的第七师拱卫兰州，暗含让甘肃的军队自己火并，以坐收渔翁之利的意思。于是马鸿逵并向刘郁芬索要军需物资和运输工具，并缓慢进兵，进军到中宁县、同心一带，又迟滞不前，夏季出发，秋初才到海原及固原地区。
但是马鸿逵对张兆钾也早有积怨，因为张兆钾曾经阻止马福祥出任甘督。所以这次马鸿逵虽然不肯进兵，但在战斗中资助刘郁芬大批弹药，目的是想借刘郁芬之手来消灭张兆钾。
刘郁芬与张兆钾兵戎相见，双方激战于定西、华家岭、马山一带。
在银川的马鸿宾见甘肃境内遭受战火，战地百姓饱尝锋镝之苦，与马麒多次电报商议并取得马麒同意后，向刘郁芬、张兆钾及甘肃各界发出倡议，希望甘肃督署和各镇守使署均派出代表，前往甘肃省平番县（今甘肃永登县）召开会议，以调和甘局，共同协商和平解决甘肃问题。这一倡议对于连年遭受战祸的甘肃人民来说是件好事，因而得到各界人士的赞成，纷纷派代表去参加平番会议。此时的刘郁芬正处在四面楚歌的困境，国民军援军也没有到，所以对马鸿宾发起的平番会议，自然双手赞成，派副官长带三部汽车来迎接马鸿宾先到兰州晤面，再往平番开会。同时还通知兰州各界的代表和各镇守使的代表，先到平番等候马鸿宾到来，共商解决甘局。一时间马鸿宾成为解决甘肃问题举足轻重的人物。马鸿宾此举也在甘肃的各界人士和百姓中留下了良好的印象，普遍认为马鸿宾是深明大义、维护桑梓的人。
马鸿宾从银川出发时，宁夏各界人士在南关列队欢送。走到中卫石空镇，马鸿宾考虑到没有张兆钾的明确表态，难以打开局面，于是渡河经中宁到同心城，准备先与张兆钾交换意见。在同心等候多日，张兆钾才派谢有胜等三人为代表前来同心与马鸿宾会谈，并带来张兆钾向刘郁芬提出的八条谈判条件。此时的战斗形势倾向于张兆钾，张兆钾志得意满，一心要取代刘郁芬，所提条件非常苛刻。马鸿宾见张兆钾的条件苛刻，估计刘郁芬不能接受，一时进退维谷。而早已到平番等候马鸿宾的各界代表和各镇守使的代表，则迭催马鸿宾速来平番开会。马鸿逵看到这种情况，发电报给马鸿宾说：“甘局如不能调和，请即离开同心以便向平凉进兵，免得刘郁芬责难疑心。”
此时冯玉祥部属吉鸿昌率一旅援兵，经宁夏到达兰州。刘郁芬看援军到达，态度也变得强硬了，电催马鸿宾速来兰州面商大计。
尚在国民军中任职的宣侠父认为，甘肃各界士绅是想借平番会议的名义拉拢甘肃各镇守使，共同对付国民军，便前去对刘郁芬说：“如果真要上了他们的圈套，我们就都成了釜中的游鱼了。”刘郁芬立即下令逮捕主持平番会议的绅士，其他代表也都闻风而逃。
就在此时，张兆钾却又给马鸿宾发电报说：因为我兄出面调和，在万分容忍和客气的情况下只提出八条，这是看在兄面对刘的极端客气，倘以敌对的地位提条件，还有追加的四条：要刘郁芬赔偿战费和战地百姓的损失，把刘的国民军经过改编后参加“讨赤军”序列，要刘通电全国声明脱离国民军等等。
面对一点也不清醒的张兆钾，马鸿宾无可奈何，对和谈彻底失去了信心，见调和无望，只得悄然返回银川。喧嚷一时的“平番会议”流产了。
不久，孙良诚打败张兆钾，攻克平凉城。张兆钾携带眷属取道陕西省，逃往大连做寓公去了。他的部队土崩瓦解，剩余的少数残部，投附韩有禄、黄得贵，进入宁县、正宁的山区。孙良诚做了平凉镇守使。
