彭德懷從蘭州飛抵酒泉，除和王震、許光達一起同從迪化趕來的陶峙嶽一行進行會談外，他在第一兵團召開的黨委擴大會上，就進軍新疆執行各項政策和注意事項講了話。接著，他又參加了第一兵團在酒泉召開的進疆誓師大會。王震在會上宣讀了向新疆進軍的命令，同時宣佈：10月10日我軍開始向新疆大進軍。
遵照第一野戰軍前委指示，王震率領部隊做了兩手準備：（一）力爭和平進軍新疆；（二）不能放鬆戰鬥的準備，必須有戰鬥的準備，才能保證和平進軍新疆的勝利。
第一野戰軍前委9月28日下達對進疆的部署：“二軍將要解放北疆之哈密、奇台、迪化與伊寧自治區，與蘇聯領土連接。六軍將進軍南疆之吐魯番、焉耆、庫爾勒、阿克蘇、和闐、于闐。”
在進軍前夕，王震考慮蘇聯已經決定支援40架伊爾型運輸機幫助運輸進軍北疆，就向彭德懷建議，將原先的部署加以改變。遇事照顧大局，注重團結，是王震一貫的作風。前面在記述解放青海之戰時已經講到，他對自己長期領導的第二軍總是嚴格要求，對其他部隊總是多加關照。第六軍原屬第二兵團建制，是在9月26日奉令撥歸第一兵團建制的。因已確定進軍北疆部隊將由飛機、汽車運送，而進軍南疆部隊只能部分車運，主要徒步前進，更困難，更艱苦。因此，他向彭德懷建議改變原來進軍的部署，得到彭總的同意和批准：第二軍改為進軍南疆，第六軍改進北疆。王震的堅強黨性，使得人們由衷的讚佩。
第二軍政治委員王恩茂曾就此事寫道：“王震同志有堅強的黨性。他以黨的利益、人民的利益高於一切；一切服從於黨和人民的利益。他能照顧大局，注重團結。紅六軍團同紅二軍團會師，是團結的勝利的會師，他起了重大作用。紅二、六軍團同紅四方面軍會師，也是團結的勝利的會師，他也起了重大作用。八路軍南下支隊同李先念同志領導的新四軍五師會師，也是團結的勝利的會師，他也起了重大作用；人民解放軍第二軍的前身主要是他長期領導和指揮的三五九旅，他對二軍總是嚴格要求，對其他部隊總是多加關照。一、二兩軍解放青海，本來二軍五師可以先進入西寧，他下令五師停止行動，決定一軍部隊先進西寧。彭德懷司令決定進軍新疆的部署是六軍為左路軍，進軍南疆，二軍為右路軍，進軍北疆。因為進軍南疆的任務更困難、更艱苦，他向彭總建議改變原來進軍新疆的部署，得到彭總的同意和批准，二軍改為左路軍，進軍南疆，六軍改為右路軍，進軍北疆。”
作為陸地進軍的先遣支隊是第一兵團戰車營（附加強步兵連）。營長鬍鑑，原是紅四方面軍老紅軍，隨西路軍左支隊受挫，進新疆後曾在陳潭秋、毛澤民領導下堅持多年的革命鬥爭。他率領戰車營10日首先由玉門起程，經哈密、吐魯番、鄯善等地，歷時11天，行程4391裡，於20日15時到達迪化。這時，“迪化各界約兩三萬人至郊外數十里歡迎我軍已第三天了”。戰車營進入市區，各族人民傾城歡迎，迪化市街頭，人山人海，盛況空前。
毛澤東接到彭德懷、王震的報告，21日高興地寫信給胡喬木：“我軍於昨日到達迪化。請寫短評一篇，能於明日見報。”22日，《人民日報》發表新華社時評《人民解放軍到達迪化》，歡呼“這是新疆歷史上的一件大事，也是西北歷史上的一件大事”。
10月12日，郭鵬、王恩茂率領第二軍按預定計劃向南疆開進。13日，第四師十二團與兵團戰車營先頭部隊進抵哈密；14日，第四、五師主力及軍指揮部相繼到達。鑑於僅有的400輛汽車堪用程度太差，再加油料困難，部隊迅速進軍不能全靠車運，遵照兵團指示，決定以一部分車輛往返倒運進至哈密一帶的部隊向焉耆前進；另一部分車輛返酒泉接運整裝待發的部隊至鄯善，分別到達上述地區後，各部隊即徒步向目的地前進。第四師於23日全部抵達焉耆，26日開始徒步行軍，於11月20日至26日分頭進駐巴楚、伽師、嶽普湖、喀什等地。30日，又集中汽車運第十一團進駐莎車。軍直尾隨第四師主力於12月1日進駐喀什。12月初，即與從伊犁南來喀什的三區民族軍一部勝利會師。部隊在進軍中，經歷了難以想象的艱難困苦。第五師十五團橫穿塔克拉瑪干大沙漠，尤為人類歷史上的一大壯舉。
第五師主力於11月間先後到達焉耆後，即陸續步行前進，11月底到達阿克蘇地區。11月28日，其第十五團徒步行到阿克蘇，得知敵特在和闐策劃武裝叛亂的情報。師即命令第十五團迅速進抵和闐，穩定當地形勢。從阿克蘇到和闐有兩條路，一條是沿迪化至和闐的公路，經喀什、莎車到和闐；另一條是沿和闐河橫穿塔克拉瑪干大沙漠到和闐。如步行走第一條路，沿途雖有水有人家，但要費五十幾天時間；第二條路則是千里浩瀚沙海，鳥獸絕跡，沒有道路。
為了爭取時間，儘快粉碎敵人的陰謀，第十五團選擇了艱難的第二條路，橫穿塔克拉瑪干大沙漠。他們兵分兩路，立即行動。12月2日，團長蔣玉和帶領小分隊，乘汽車先行到達和闐；由副政治委員黃誠、副團長貢子云率大部隊徒步通過大沙漠直插和闐。他們以堅強的意志，歷盡千辛萬苦，戰勝了難以想象的艱難險阻，在飛滾的流沙上踏出了一條生命之路。“塔克拉瑪干”，維吾爾語是“進去出不來”的意思。千百年來，一直被人們視為畏途，稱為“死亡之海”。但是在共產黨所領導的人民解放軍面前，沒有不能克服的困難。他們身背全部武器裝備，再加二十多斤甜水，迎著刺骨的寒風在黃沙漫漫的瀚海里，艱難地一步一步頑強前進。進入沙漠腹地後大風暴突然襲來，狂風捲著飛沙，攪得天昏地暗，使人睜不開眼，站不穩腳，辨不清方向；戰士們藉著指南針指引的方向，手挽手地抗擊著風暴繼續前進。
在乾旱的沙漠裡，部隊往往整天喝不到一口水，指戰員們嘴唇乾裂，病號一天天增加。他們發揚階級友愛精神，互相關心，互相幫助，從戰友肩上搶下武器，攙扶著病號，不使一人掉隊。就這樣，他們終於以每天一百多里的驚人速度，走了15個晝夜，行程750多公里，於12月22日勝利到達和闐，粉碎了敵人的反革命叛亂計劃。他們的英雄行動，得到了人民解放軍總部和第一野戰軍的通電嘉獎，稱讚他們“創造了史無前例的進軍紀錄。”
1950年2月，王震向第五師獨立團下達了進軍阿山的任務。同時抽調6臺汽車、400峰駱駝，配合該團行動。獨立團立即鬥志昂揚地踏上了艱難的征程，“為縮短行軍路程，爭取時間，春節過後，部隊從迪化步行到小地窩鋪乘車進抵烏蘇，爾後步行經黑油山、烏爾禾、和什托洛蓋，徑直向東，再涉過封冰的沼澤地帶，向阿山承化挺進。時值數九寒天，北疆連降大雪，彌蓋了無邊的山野，淺則及膝，深則沒臍，看不清道路，見不到行人。戰士們冬服較薄，難御風寒。肩負光榮歷史使命的指戰員們，冒著零下三十多度的嚴寒，在冰雪中堅持行軍。很多戰士臉上的皮膚被寒風吹裂，有的戰士凍傷了鼻、耳、手、腳，三分之一的人患了雪盲症，稍不留意就掉進雪坑。他們渴飲雪水，餓啃乾糧，露宿冰天雪地，始終保持旺盛的鬥志和革命樂觀主義精神。經過18天行軍，3月3日獨立團抵達承化，勝利完成了進軍北疆重鎮的任務”。
與此同時，第二軍第四師十一團一部，於1950年3月進駐中印、中巴之隘口的巴札大拉；第五師十五團一部進駐通往印度的要地賽圖拉；第五軍（民族軍）十三師一部進駐蒲犁（塔什爾幹），把五星紅旗插上了帕米爾高原和喀喇崑崙山。
11月4日，羅元發、張賢約率領第六軍，開始了人民解放軍進軍史上規模空前的空運和車運。6日，軍直和第十七師先遣隊飛抵哈密、迪化，至1950年1月13日，該師除炮兵外，全部空運至迪化。這次空運共出動飛機1033架次，運兵12446人。車運從11月4日至翌年1月13日，從酒泉運至哈密，再從哈密運至迪化，從迪化運至伊寧、綏來。1月3日前。第十六師大部到達哈密、鎮西、奇台、吐魯番、鄯善等地。
率部進疆的第六軍軍長羅元發記述：“從一九四九年十一月六日開始，至一九五○年五月十五日止，我們從酒泉空運哈密的人員有二千九百零八名，由哈密空運迪化的有九千五百三十八名，共空運一萬二千四百四十六名。從十一月四日開始車運，至一九五○年元月十三日，從酒泉運哈密一萬二千九百八十二名，從哈密運迪化時有六千五百五十名，從安西運哈密的有二千五百四十名，從迪化運伊寧的有二千四百九十二名（十七師五○團），從迪化運綏來的有二千一百一十二名（五十一團）。除十六師一部分三月底才開始運哈密外，其餘均於一九五○年元月十三日全部到達指定位置。自十月二十三日起，全軍兩千零二十六匹牲口分三批進疆，經六十八天行程，於十二月底全部到達指定位置。至此，我六軍進疆，勝利完成了。”
第六軍指戰員空運、車運進疆比較順利，但是全軍兩千多匹騾馬組成的騾馬大隊，經過60多個日日夜夜，行程三千多里，先曾“穿過吐魯番的火焰山”，後又冒著零下二三十度的嚴寒，歷盡千辛萬苦。羅元發在《戰鬥在大西北》一書中記述了騾馬大隊進疆途中的艱辛：“塞北荒漠，氣候變化無常。時而飛沙走石，時而驕陽似火。在嚮導的指引下，一路行軍還算順利。但由於連日趕路，牲口掉膘很快，病號一天天增多。十七師和十六師；也已經拉長了距離。
一天晚上，部隊剛剛宿營，又突然颳起了大風。它呼嘯旋轉，猶如千萬頭雄獅在廣漠的大戈壁上怒吼。風雖大，但來去匆匆，轉眼間便風回源頭，沙落塵埃了。風過之後，荒野裡出奇的冷，穿著皮大衣還覺得冷。十六師有個叫李來福的戰士，他自己患了重感冒，從玉門出發時高燒不退，燒得滿嘴都是燎泡。可他穿的皮大衣，卻一直披在病馬身上。還有些戰士，連日走路，身體本來就很疲勞了，在行軍時捨不得騎馬；牽著馬一路走一路拔草，宿營後再喂病馬，真是愛馬如命。”
“出了峽東，來到了黃風口。這裡是綿延起伏的沙丘，抬眼幾十裡都是黃沙一片。沙漠行軍，走一步退半步，疏鬆沙礫，陷得兩腿痠軟無力，加上乾渴，人們的喉頭直冒火；眼前金星亂飛，氣喘不止，人在這時，光想睡覺，睏乏得半步也挪不劫了……十六師的許會增同志鼓勁地說：同志們，咬緊牙關往前走啊，衝出去就是勝利！騾馬剛登上一個大坡，只見西北方向又颳起了大風，他們憑一路的經驗，戰士們立即把戰馬趕在一個較凹的地方，駱駝圍在四周，全部臥倒。
眨眼間，狂風遮天蓋地而來，綠豆大的沙礫滿天飛舞，戰士們顧不得沙石打臉，緊緊抱住馬脖子。此時本來才中午時刻，對面卻看不到人影。大風一來，氣溫驟降，戰士們都凍得全身直打寒戰，話也說不成句了。一個多小時後，狂風終於過去了，騾馬安全渡過了這一關，大家一面拍打著身上的沙塵，一面相視而笑。休息時，戰士們只見對方嘴在動，卻怎麼也聽不到聲音，原來是兩隻耳朵裡都灌滿了沙子。”
第六軍分三批進疆的2027匹騾馬和駱駝，經過68天行程，於12月底全部抵達迪化、綏來、古牧等地指定地點。羅元發軍長高興地說：“在全軍評獎大會上，兩個騾馬大隊評出特功十四人，大功一百二十九人，小功一百五十人。望著這些可愛的戰士，我引用王震司令員的話說‘……騾馬呢，這支力量是我們屯墾戍邊的保衛國防的本錢……’隊伍裡爆發出響亮的喊聲‘戰鬥是英雄，生產爭模範！’這震天撼地的聲音，從巴里坤草原傳到伊犁河谷，傳遍了天山南北。”
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