同治五年正月，陜西回民軍在渭南、大荔一帶的根據(jù)地失守后，分路向西突圍。其中一支約三百人的小隊(duì)，由回民首領(lǐng)馬生彥率領(lǐng)，率先潛入甘肅華亭縣東的新店鎮(zhèn)（今華亭市東華鎮(zhèn)新店子村）。他們以販馬為掩護(hù)，勘察地形、聯(lián)絡(luò)本地回民，為大部隊(duì)西進(jìn)探路。此時(shí)的清廷地方官員仍沉浸在“陜西亂回已遠(yuǎn)遁”的錯(cuò)覺中，華亭知縣僅派數(shù)十名衙役駐守東關(guān)，對(duì)暗流涌動(dòng)的局勢(shì)毫無察覺。

四月初，固原方向的回民軍千余人在首領(lǐng)馬正和率領(lǐng)下，沿涇河支流頡河南下，直撲新店鎮(zhèn)與馬生彥部會(huì)合，兵力驟增至一千五百人。四月初十，這支隊(duì)伍兵臨華亭縣城東門外，揚(yáng)言“借道赴秦州”，實(shí)則試探清軍虛實(shí)。安肅道道員蔣凝學(xué)此時(shí)正率兩千湘勇駐扎秦州，聞?dòng)嵑笮且柜Y援，于四月十二日抵達(dá)華亭，將大營(yíng)扎在縣城西關(guān)的汭水河畔。蔣凝學(xué)是湘軍宿將，曾參與鎮(zhèn)壓太平天國(guó)，但對(duì)西北山地作戰(zhàn)與回民軍的戰(zhàn)術(shù)一無所知。他下令士兵“緊守營(yíng)壘，不得輕出”，卻忽略了西關(guān)營(yíng)壘與縣城之間的空隙，也未察覺營(yíng)外早已被回民軍探子摸清。

四月十四日夜，月色昏暗，汭水濤聲掩蓋了馬蹄聲。馬正和率五百名精銳回民軍，從西關(guān)外的蘆葦蕩中潛行而出，繞至湘勇大營(yíng)側(cè)后方發(fā)起突襲。睡夢(mèng)中的湘軍士兵猝不及防，營(yíng)內(nèi)頓時(shí)大亂：回民軍揮舞著馬刀、長(zhǎng)矛砍殺，湘勇則慌不擇路地涌向營(yíng)門，自相踐踏者不計(jì)其數(shù)。此戰(zhàn)持續(xù)約一個(gè)時(shí)辰，湘軍傷亡二百余人，丟失帳篷十余頂、步槍五十余支，蔣凝學(xué)率殘部退守縣城，緊閉城門不敢出戰(zhàn)，回民軍則從容退回新店鎮(zhèn)。

清軍的失利讓華亭回民軍的聲勢(shì)愈發(fā)壯大，也驚動(dòng)了陜甘總督楊岳斌。楊岳斌是湘軍水師名將，此時(shí)剛接任陜甘總督不久，深知華亭若失，隴東將門戶大開。他急令甘肅提督彭忠國(guó)率一千五百名甘肅防軍馳援華亭，又命固原提督雷正綰率五千主力向平?jīng)黾Y(jié)，伺機(jī)合圍。七月初五，彭忠國(guó)部抵達(dá)華亭城西的西華鎮(zhèn)，與蔣凝學(xué)部會(huì)合后，向駐守張家原（今華亭市山寨鄉(xiāng)張家塬村）的回民軍發(fā)起進(jìn)攻。

張家原是一片黃土塬地，溝壑縱橫，馬士彥率兩千回民軍據(jù)守塬上，以溝壑為壕，用土坯搭建臨時(shí)堡壘。戰(zhàn)斗從清晨持續(xù)到午后，清軍數(shù)次沖鋒均被打退，統(tǒng)領(lǐng)傅元宗（湘軍副將）在沖鋒時(shí)被回民軍抬槍擊中腿部，險(xiǎn)些被俘，幸得參將王得勝率三百親兵拼死接應(yīng)，才勉強(qiáng)穩(wěn)住陣腳。回民軍也傷亡三百余人，為避免硬拼，馬士彥下令主動(dòng)退守焦韓集（今華亭市山寨鄉(xiāng)焦灣村、韓河村一帶），與仙姑山、山寨的回民軍連成一片。

營(yíng)寨之間以山間小道連通，一旦某營(yíng)遇襲，其他營(yíng)寨可迅速馳援?！笆舜鬆I(yíng)”的防線從仙姑山延伸至深峪河，長(zhǎng)達(dá)七八十里，將華亭西北的山地盡數(shù)納入掌控。更重要的是，回民軍并非單純駐守。他們組織隨軍家屬在營(yíng)寨周邊墾種小塊梯田，收集野菜、野果補(bǔ)充糧草，與當(dāng)?shù)赝槠鹆x的漢民互通有無，甚至在安口窯恢復(fù)了小規(guī)模的煤炭開采，用以熔煉鐵器、修補(bǔ)兵器。

同治五年七月底，慈禧太后下旨嚴(yán)令楊岳斌“速剿華亭亂回，勿令蔓延”。楊岳斌不敢怠慢，立即調(diào)集西北各路清軍，對(duì)華亭山區(qū)實(shí)施“水桶式”合圍。

至八月初，清軍在華亭周邊集結(jié)的兵力已達(dá)一萬四千人，是回民軍總兵力的一倍有余。他們的戰(zhàn)略意圖十分明確：不急于強(qiáng)攻險(xiǎn)要營(yíng)寨，而是通過四面封鎖切斷回民軍的補(bǔ)給線，迫使其因糧草斷絕而崩潰。清軍在各要道設(shè)立卡哨，盤查所有行人，燒毀沿途可能被回民軍利用的糧草，甚至掘斷山間小道，將“十八大營(yíng)”死死困在群山之中。

九月初十深夜，馬士彥率先鋒部隊(duì)悄悄摸向清軍北線的薄弱點(diǎn)。山寨鄉(xiāng)境內(nèi)的馬蓮灘（今華亭市山寨鄉(xiāng)馬蓮灘村），這里由蔣凝學(xué)部的一個(gè)哨卡駐守，僅有五十名清軍。先鋒部隊(duì)以迅雷不及掩耳之勢(shì)解決了哨卡清軍，打開了一道寬約一里的缺口。

馬正和率斷后部隊(duì)邊戰(zhàn)邊退，于九月十一日清晨將追兵引至木頭嶺（今華亭市山寨鄉(xiāng)與平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)交界處，屬六盤山余脈）。木頭嶺山道狹窄，兩側(cè)是陡峭的黃土山坡，僅有一條羊腸小道通行，道旁深溝縱橫，正是設(shè)伏的絕佳地點(diǎn)。馬士彥早已率先鋒部隊(duì)在此埋伏：左側(cè)山坡埋伏一千人，右側(cè)山坡埋伏八百人，只留中間小道讓追兵通過，待清軍全部進(jìn)入伏擊圈后，封堵兩頭。

辰時(shí)初刻，清軍追兵進(jìn)入木頭嶺山道。杜連升一馬當(dāng)先，他急于邀功，下令部隊(duì)“全速追擊，勿讓亂回逃脫”，全然未察覺山道兩側(cè)的殺機(jī)。當(dāng)一千五百名清軍全部進(jìn)入山道中段時(shí)，馬士彥親自擂響戰(zhàn)鼓，兩側(cè)山坡上的回民軍齊聲吶喊，滾木礌石如暴雨般砸下，山道瞬間被堵死?；孛褴姂?zhàn)士手持馬刀、長(zhǎng)矛從兩側(cè)山坡俯沖而下，清軍前隊(duì)被滾石砸死砸傷，后隊(duì)想退卻被山道堵塞，陷入進(jìn)退兩難的絕境。

杜連升揮舞著大刀試圖組織抵抗，卻被馬士彥一箭射中肩膀，翻身落馬。回民軍戰(zhàn)士一擁而上，將其砍殺。副將范清之、游擊魏全明相繼戰(zhàn)死，清軍失去指揮，四散奔逃，不少人掉入道旁深溝，摔得粉身碎骨。這場(chǎng)伏擊戰(zhàn)持續(xù)了兩個(gè)時(shí)辰，清軍傷亡七百余人，僅三百余人僥幸逃脫，湘勇的三營(yíng)兵力幾乎全軍覆沒。蔣凝學(xué)在后方聽聞前鋒慘敗，不敢再追，率殘部退回平?jīng)?，向楊岳斌?qǐng)罪。

回民軍則趁勝北進(jìn)，于九月十三日抵達(dá)董志塬，與當(dāng)?shù)鼗孛褴姇?huì)合，兵力擴(kuò)充至兩萬余人。馬正和率斷后部隊(duì)在木頭嶺堅(jiān)守至九月十二日，確認(rèn)大部隊(duì)安全后，才撤出陣地，與主力會(huì)合。此次突圍，回民軍傷亡三百余人，卻成功保存了主力與隨軍家屬，絕境中的木頭嶺伏擊戰(zhàn)，成為扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局的關(guān)鍵一役。

回民軍成功突圍后，華亭“十八大營(yíng)”的營(yíng)壘被清軍焚毀，安口窯的回民聚居區(qū)遭到洗劫，清軍甚至對(duì)同情回民軍的漢民進(jìn)行清算，數(shù)十戶漢民被冠以“通匪”罪名處死。楊岳斌因圍剿失利被清廷革職留任，同治六年（1867），左宗棠接任陜甘總督，帶著他的楚軍與“步步為營(yíng)，剿撫兼施”的戰(zhàn)略，正式開啟了對(duì)西北回民起義的鎮(zhèn)壓。