1926年1月，国民党召开第二次全国代表大会,确定了进行北伐战争，打倒北洋军阀，将革命推向全国的战略方针。2月，中共中央举行特别会议，决定全力支持广东国民政府北伐，以革命战争推翻帝国主义和封建军阀的反动统治。

　　此时，京津地区冯玉祥的国民军在南口等地受挫后，被迫向绥远、甘肃一带退却。在河南的岳维峻、李云龙(字虎臣)等国民第二军也连连失利，一部溃散，一部为吴佩孚收编，一部退入陕西。北洋军阀吴佩孚于4月2日任命豫西镇嵩军首领、曾统治陕西8年的刘镇华为“讨贼联军陕甘总司令”，率8个师西入潼关，准备攻占西安，夺取关中。4月中旬，刘镇华在占领陕西东部各县后，进抵西安城下。

　　当时，陕西境内的军队中，以杨虎城所部国民军第三军第三师最有战斗力，其建制完整，且与共产党人魏野畴领导的陕西进步组织有良好的合作关系。其他陕军均属国民军第二军系统，其精锐部队已在河南被消灭,留在关中的几乎都是留守部队，番号复杂、力量分散。而西安城内守军只有李虎臣所部国民军第二军第十师的一部分和陕西陆军第四师卫定一部的两个团，兵力共计不到5000人。李虎臣表示:“杨虎城来，我守。杨虎城不来，我走。”

　　接到守城命令后，杨虎城立即在驻地三原县和李虎臣、魏野畴举行军事会议，一致认为:西安是西北革命的根据地，若再次被刘镇华占据，将不利于广东革命军北伐,也会带给地方与人民以极大灾难，因而制定了“固守西安，策应北伐”的方针，安排了全面抵抗刘镇华的军事部署，决定分兵坚守西安、咸阳、三原。会后，杨虎城率领三个旅从三原进驻西安。为便于指挥、团结对敌，根据杨虎城的建议，守军1万余人一律取消原有番号，改称陕军，公推李虎臣为总司令，杨虎城等为副司令。守军还通电全国，决心“坚守长安，誓歼嵩匪，完成国民革命”。

　　攻城的镇嵩军多达7万，且有吴佩孚、阎锡山给予的大量补给和支援，而守城的陕军不足万人，杨虎城、李虎臣率全城军民坚守;守城期间，李、杨二人一直住在城西北广仁寺的前线指挥部，身先士卒，多次参与作战，保持了军队士气，因此称作“二虎守长安”。

　　杨虎城得知敌人要挖地洞、炸毁城墙的情报后，立即和李虎臣商量，派人挖堑壕，粉碎了镇嵩军的阴谋;当他发现守军口令被敌盗去并准备从城东北角大举夜袭时，又和李虎臣商量改了口令，并亲率部队到城东北增援。经一夜激战，打退敌人的进攻。当他发现刘镇华对本军部下诱降时，就和李虎臣商量，将计就计，命一位连长诈称献城。他率兵埋伏于城西北角，将偷偷上城的100多名敌军全部缴械，接着又和城外伏兵一道歼灭了500余名敌兵敢死队。6月中旬，镇嵩军占领了南关小雁塔。李虎臣派张明轩营反攻。张营战士浴血奋战，营长张明轩带伤指挥，手持双枪猛打猛冲，苦战了四天四夜，拉锯五次，终于夺回了小雁塔。

　　在猛攻失败后，刘镇华将西安四面合围，企图以久困的办法使西安不攻自破。李、杨严令部队不准与民争食，并采取计口授粮、救济难民等措施，克服生活困难。李虎臣将自己的心爱坐骑“黑老虎”杀掉分饷士卒，还处决了一名违反军令的上尉副官。为克服弹药不足的困难，李、杨还号召士兵使用砖、石、弓箭、刺刀。对于刘镇华的“议和”，李、杨严辞拒绝，并下令镇压了投降活动，逮捕、处决了私通敌军的前洛川县县长。

　　共产党人为李、杨抗敌提供了巨大支持。中共西安地委积极帮助守军筹划军需和粮食，组织学生进行宣传鼓动和救济工作，魏野畴、张含辉等共产党人还冒险化妆出城，分别到渭华、华县等地建立农民武装，打击镇嵩军力量，配合西安守城斗争。

　　8月7日，渭北陕军公推姚振乾为援省总指挥，由咸阳出发解西安之围。8月19日，在援军的配合下，省城趁夜出奇兵夺取城西北大白杨村，不久又被镇嵩军夺回。为了打破封锁，李、杨于10月某晚组织小雁塔突围战，因兵力不足被迫退回。不久，冯玉祥援陕部队进抵西安，李、杨于11月27日组织的大雁塔突围战，由于事前得到刘军口令，顺利突破敌人封锁，与冯玉祥部援军会合。11月28日晨，被围困8个月的古城得以解围。