洪武二年（1369年）二月，徐达挥师西渡黄河。大军进抵鹿台，元将张思道闻风而逃。徐达连克奉元、秦州、伏羌、宁远、巩昌，派大将冯胜进逼临洮，元将李思齐不战而降。又分兵攻克兰州、平凉，张思道逃奔宁夏。不久，庆阳断粮，张良臣的部将打开城迎降，徐达率车冲入城中，擒斩张良臣洪武二年（1369年）二月，徐达挥师西渡黄河。大军进抵鹿台，元将张思道闻风而逃。徐达连克奉元、秦州、伏羌、宁远、巩昌，派大将冯胜进逼临洮，元将李思齐不战而降。又分兵攻克兰州、平凉，张思道逃奔宁夏。不久，庆阳断粮，张良臣的部将打开城迎降，徐达率车冲入城中，擒斩张良臣父子。庆阳之战，标志着徐达彻底平定陕西。[14]
洪武三年（1370年）正月，徐达受命为征虏大将军，兵分两路。李文忠率东路军出居庸关，北追元惠宗；徐达与冯国胜、邓愈、汤和率西路军出潼关，往安定西击库库。在出征前，朱元璋又命华云龙、金朝兴、汪兴祖等先期进攻云州，以吸引敌人注意力，并策应徐达、李文忠作战。二月，华云龙攻破云州，金朝兴攻克东胜州（今内蒙古托克托），汪兴祖攻克武州、朔州。
徐达率西路军出征。四月，进抵安定。元将库库正围攻兰州，知道徐达军队已至，遂撤围转赴安定迎战，库库屯军于安定以北的车道砚，徐达命冯国胜率军趋沈儿峪（车道砚南）列阵，双方激战一日，未分胜负。库库于是派千余人由间道潜劫明军大营，使明军陷于混乱。徐达亲自迎战，将来敌击溃。次日，徐达整军出战，大败元军，库库仅率数名随从北奔和林（今蒙古人民共和国库伦市）。库库兵败后，徐达命汤和进军宁夏，邓愈西攻河州（今甘肃临夏），自己则向南攻取沔州（今陕西勉县）、兴元（今陕西南郑）等地。
李文忠的东路军于二月出居庸关后，经野狐岭至兴和（今河北张北），迫降当地元军守将，继而经骆驼山（今河北沽源境内），进攻察罕诺尔（多伦附近），擒获元将珠孟和沙达哈等。五月，元惠宗死，李文忠兼程赶到应昌（今内蒙古阿巴哈那尔旗），擒获元惠宗嫡子买的里八剌及诸王将相数百人。元惠宗的另一个儿子爱猷识礼达腊，率数十骑逃走。李文忠在回师途中，又攻破兴州（即大兴，今河北滦平），擒获元将江文青，俘降元军37000人。大军奏凯而还，朱元璋亲迎于龙江，犒赏三军，并下诏大封功臣，授徐达开国辅运推诚宣力武臣特进光禄大夫、右柱国、太傅、中书右丞相、参军国事、改封魏国公、岁禄五千石、赐世袭文券。
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