1937年3月16日夜晚，徐向前和陈昌浩在一个警卫排护送下，悄然离开西路军，向着陕北方面走去。走出祁连山时，徐向前命令警卫参谋陈明义、肖永银带警卫排就地打游击，大家分散行动。陈、肖等人只好服从命令，徐、陈只留一个保卫干部同行，化装前进。到了西洞堡，他们停下休息，叫保卫干部去找水喝。天快亮了找水的人也没回来。徐向前估计他出了问题，便拉上陈昌浩赶紧走。第二天他们到了大马营投宿，找到一位在当地行医的湖北人家。陈昌浩遇见老乡，十分高兴，便提出休息几天再走。徐向前想：你有老乡掩护，住几天没关系，我的口音不对，在这里有危险。于是征得陈的同意，徐向前一个人先走了。

为了避开马家军的搜捕，徐向前在路上尽量不与任何人接触。晓行夜宿，匆匆赶路。在永昌至凉州的路上，他遇见了特务营的曹营长，跟他一道走。过了黄河，走出了马家军的地盘，徐向前的心才略微轻松一些。到了打拉池，徐向前拿一个金戒指换了棉袍和衣服，与曹营长翻过六盘山到了平凉城，他们打听到红军离这里很近，立刻就朝北山方向赶去。在一个叫小屯的地方，徐向前见到了正在执行任务的4军参谋长耿飚，悲喜交集的心情，用语言是难以表达的。第二天，徐向前被护送到镇原的援西军总部，见到了刘伯承。这是4月30日，经过一个半月颠沛流离的日子，徐向前终于回到了家。

徐向前的回归，算是西路军中比较顺利的。根据徐向前的汇报，毛泽东指示叶剑英派人到凉州寻找陈昌浩，但没有找到。原来他在湖北老乡家病了一场，养好病之后，也许是败军之将无颜见江东父老，他没有回延安，而是长途跋涉回了鄂豫皖老区，想在那边重整旗鼓，再拉起一支红军队伍来。

但当地的形势也不好，陈昌浩才回了延安。他到延安时已是1937年的10月，正值延安批判张国焘路线的高潮。陈昌浩受到中央的严格审查，后来又被送到苏联学习，这位曾在红军中担任高级领导的人物，从此退出了历史舞台。

徐、陈走后，剩下的1000多西路军干部战士只好自行安排。根据石窝会议决定，西路军副总指挥王树声和参谋长李聚奎、9军军长孙玉清等9军残部400余人走一路。西路军工作委员会负责人李卓然、李特、黄超、曾传六等和总部机关干部随红30军政委李先念、军长程世才以及30军剩下的1300人走一路。王树声带着9军剩下的骑兵一起走，由于连日疲劳过度，骑在马上的人都睡着了。等到醒来，部队都跑散了。只剩下王树声和杜义德等20人翻山越岭钻山沟，走到第三天，原以为摆脱了敌人，没想到敌人顺着马蹄印又追上来。王树声命令几个同志掩护，阻击敌人。结果王树声一行脱险了，而掩护的几个人再也没回来。

王树声他们向西走了几天，又见到了9军军长孙玉清。分开行动那天，孙玉清、李聚奎带着一架电台和几个工作人员向敌人后方插，想用电波吸引敌人主力，好让大部分突围。他们进入山里躲起来，想等马家军退走再出来。在向东南行军时，电台人员掉了队，遇见马家军搜山，队长刘俊英等电台人员被俘。孙玉清等也没能走出去，还在山里转来转去。遇见王树声等，他们一起沿着山沟行进，算算在山里转了十几天，搜山的马家军也该走了。他们决定宿营休息，谁知突然又遇见了一小股敌人，在混战中，和孙玉清等伤员又走散了。王树声觉得在山里转没有出路，决定出山向北走，摆脱敌人。在一个同情红军的老百姓的帮助下，王树声等终于走出了祁连山。

1937年的端午那天，他们走到了平原地区。这时，跟随王树声、杜义德的只剩8个人。王树声说：我们已经度过了最艰难的时期，现在可以放开步子往回走了。经历了三个多月的流浪生活，他们仍然坚持向东走。因为不认路，王树声一直走到了腾格里沙漠边上，又遭遇敌人。在撤退中与身边几个同志跑散了，只剩下王树声孤身一人。他昏倒在沙漠里，幸亏当地一个做小生意的老人发现了他，把他从死亡边缘挽救过来，又带他到同心城渡口送他过了黄河。当王树声孤身一个回到延安时，已经是1937年8月了。

孙玉清因为带着伤，走不动，与王树声失散后不久，即被搜山的马家军俘获，并把他与一群被俘的红军战士关在一起。但不幸的是，孙玉清不久被敌人查出了身份。遵照马步芳的指示，孙玉清被押往西宁。5月中旬，孙玉清被押解到西宁。马步芳在省政府会见了他。马步芳向蒋介石请示处理办法。蒋介石回电：“按危害民国罪，处以极刑。”不久，孙玉清就被秘密杀害了。

西路军两万多将士，被马家军俘虏的约有六千多人。一旦被俘，等待他们的是非人的折磨和无尽的苦难。据新中国成立后一份调查材料说：这些被俘的西路军战士押解到西宁后，分别关在西宁周围的军马处、东校场、乐家湾等几个地方。马步芳对这些红军一是屠杀，二是强迫做苦工，三是“感化”，让这些红军为他所用。马步芳将25岁以下的3000多名红军战士编入自己的部队，称为“补充团”。主要任务是从事重体力劳动，为马步芳修桥开路，伐木盖房，开矿开荒从事生产。

“补充团”军官都由马家军担任，是一帮折磨人的恶魔。他们对红军战士进行强迫劳动和各种摧残。在修公路时，每天劳动长达十几小时，动作稍慢，军官就量一顿毒打。在修张掖至西宁的公路时，要越过海拔3700米的山梁，严寒的气候冻伤了许多红军，但军官不肯为他们治病和改善一点生活条件，而是毫无人性地砍掉红军冻伤的脚趾头。这些红军在青海做苦工受的折磨，是常人难以想象的，不知有多少人苦难中含恨死去。

1938年，国民党当局向青海征兵，马步芳将“补充团”2400人代替本地人送到兰州，编入第八战区。这些红军战士才脱离了马步芳的魔爪。到西安后，胡宗南听说这些壮丁是红军西路军人员，害怕不想要。八路军驻西安办事处闻讯进行交涉，终于使这些受尽苦难的同志们回到了陕北革命根据地。

西路军女战士的遭遇是一幕催人泪下的惨剧。在红军各部队中，西路军的女战士最多，组成了一个妇女团。还有在政治部从事宣传工作的新剧团、后勤部医院的女同志，过黄河时约有1300人。妇女团团长是王泉媛、政委吴富莲，都是从一方面军调来的干部。在河西走廊的激战中，妇女团与其他部队一样作战。临泽突围时牺牲了200多人，倪家营子近一个月的血战，妇女团伤亡多达600余人，几乎拼光了。康龙寺之战，妇女团与总部失去联系，被马家军打散了。上级让她们分散打游击，王泉媛带着剩下的红军在山里转来转去，躲避马家军搜索。当她们筋疲力尽地在树林中熟睡时，被敌人全部俘虏了。当王泉媛等被押送到凉州，发现政委吴富莲也在狱中，合计共有100多女战士。

在关押期间，女红军不断受到马家军的强奸和凌辱。吴富莲本来就有病，不久就在监狱中病死了。马步青觉得把这些女兵老关着总是麻烦事，他手下军官和亲信好多还没老婆，就想法把女红军分配给部下为妻妾。王泉媛斥责马步青的无耻行为，马步青说：“我不会把你们嫁给当兵的。你们是什么官，就把你们嫁给什么官，门当户对嘛。”他把王泉媛配给工兵团团长马进昌。王被架到马家，死不顺从，坚决反抗。马进昌虽然娶了红军女团长，但听说王泉媛枪法很好，心里终究不踏实。有一天他从铺盖下发现一把刀，是王尔媛藏的。马进昌吓出一身冷汗，把王又毒打一顿。后来王泉媛逃跑了，马进昌也没再去找她。

陈昌浩夫人、西路军政治部组织部长张琴秋是在甘州附近被俘的。当时她产后身体虚弱，走不动路。在山里转了几天，不幸被民团抓住，送往西宁。当时她没有暴露身份，化名苟秀英，说是红军中烧饭的。马家军看她是一个有病的老女人，也没当回事，让她到新剧团烧饭。张琴秋后来被国民党省党部的人查出来，1937年8月14日送到南京“感化院”监禁。当时日军大举进攻，南京形势吃紧。中共中央驻南京的谈判代表周恩来强烈要求蒋介石释放关押的共产党员和爱国人士。并前往“感化院”探监，周恩来意外地发现了张琴秋等人。经过几天的交涉，国民党同意放人，张琴秋等三人于8月18日走出了监狱的大门，踏上了回延安的路程。