1947年7月，解放战争进入第二年，中共中央军委为统一西北地区人民武装建设和对后方工作的领导，将
晋绥军区划归
陕甘宁晋绥联防军建制。
1948年3月17日，陕甘宁晋绥联防军合并为中国人民解放军
陕甘宁晋绥联防军区，
贺龙任司令员，
习仲勋任政治委员。下辖晋绥、吕梁、
绥蒙军区和延属、
绥德、三边、
陇东、
关中、黄龙六个军分区，以及军事政治干部学校、步兵学校。
1949年2月1日，根据中共中央军委1948年11月1日关于统一全军编制及部队番号的命令，陕甘宁晋绥联防军区改称西北军区，贺龙任司令员，习仲勋任政治委员，
王维舟任副司令员，
张经武任参谋长，
李卓然任政治部主任，
朱早观任副参谋长，
陈希云任后勤部部长，
刘海滨任后勤部政治委员。下辖晋绥军区（贺龙兼任司令员，
李井泉任政治委员）、晋南军区（马佩勋任司令员，
马明方任政治委员）和警备第2旅、军政干校，以及延属、绥德、三边、陇东、关中、黄龙、西府、榆林八个直属军分区。
1949年5月，晋南军区并入晋绥军区（后拨归
华北军区建制）。8月20日成立
甘肃军区。至此，西北军区下辖甘肃军区（
许光达任司令员，
王世泰任政治委员）、伊盟军区（王悦丰任司令员，
高增培任政治委员）、
陕北军区（
牛书申任代司令员，
李合邦任政治委员）、
陕南军区（第19军兼，
刘金轩任司令员，
张邦英任政治委员）和陇东、渭南、大荔、咸阳、邠县（今彬县）、宝鸡、三原7个军分区，西安警备区，独立第1、第2师，骑兵第2师，以及军政大学、军政干校。
1949年11月，贺龙率西北军区机关一部和第18兵团等部进军四川，后并入
西南军区。
1949年11月30日，中共中央军委决定，西北军区与
第一野战军合并，称第一野战军暨西北军区，
彭德怀任司令员，习仲勋任政治委员，
张宗逊、
赵寿山任副司令员，
甘泗淇任副政治委员兼政治部主任，
阎揆要任参谋长，
王政柱、
韩练成任副参谋长，
张德生任政治部副主任，
黎化南任后勤部部长，
黄静波任后勤部政治委员。至12月，相继成立陕西、宁夏、青海、新疆军区。
此时，第一野战军暨西北军区下辖第1、第2、第19、第22兵团，陕西军区（第19兵团兼）、甘肃军区（第2兵团兼）、
宁夏军区（第65军兼）、青海军区（第1军兼）、
新疆军区（第1兵团兼）和独立第2、第3军，独立第2师、骑兵第2、第6师，以及军政大学、军政干校。
1951年5月，成立西北军区公安部队司令部。同时组建西北军区骑兵司令部。6月和9月，分别成立西北军区炮兵司令部和空军司令部。1952年11月，骑兵第6师与西北军区骑兵司令部合编为西北军区司令部防空处。
1949年6月～1953年12月，在各族人民群众的支援下，西北军区部队进行大规模的剿匪作战，先后投入兵力14.4万人，共歼灭匪特12.9万余人，巩固了新生的人民政权，安定了社会秩序，保证了经济恢复工作和生产建设的顺利进行。在此期间，还积极参加生产建设和修筑铁路、公路等工程，加强了部队正规化、现代化建设和边防建设，并把起义的国民党军改造成为人民解放军。
1954年8月，根据国务院关于宁夏行政区划归甘肃省的决定，撤销宁夏军区机构。1955年5月1日，根据国务院2月11日关于全国军区重新划分的决定，西北军区改编为
兰州军区，同时撤销第一野战军番号。原属西北军区的新疆军区改编为大军区。