1930年初，习仲勋受党组织派遣到杨虎城部警备骑兵第三旅中做兵运工作。经过地下党组织的工作，全营发展党员30余人，成立了党的营委会，习仲勋任中共营委书记。1932年4月2日，习仲勋、吕剑人、李特生、许天杰等在甘肃两当利用部队换防之机，率领全营200多人举行起义，改编为陕甘工农游击队第五支队，习仲勋任队委书记。起义部队向北进发，行军千余里，沿途进行了五六次战斗，终因寡不敌众而失败。“两当兵变”是在中共陕西省委策划领导下，由习仲勋等共产党人组织发动的一次比较完整的兵运斗争，是继清涧起义、旬邑起义、渭华暴动之后西北地区较早的一次武装起义。起义虽然失败了，但是播下了革命火种，为以后的武装斗争积累了宝贵的经验教训。

    延安收复后，中共中央西北局由绥德县义合镇薛家渠迁回原人民解放军总部驻地王家坪办公。习仲勋就住在毛泽东住过的窑洞里。当西北野战军在国统区作战时，习仲勋虽身在后方，但仍参与野战军的重要决策，出席西野前委许多重要会议，协助彭德怀开展部队思想政治工作。1949年3月，习仲勋在河北省平山县西柏坡村出席党的七届二中全会后，随中央机关进驻北平。习仲勋再次回到延安时，西北战场已发生了翻天覆地的变化。5月20日，西安解放。5月底，习仲勋抵达西安，在这里迎来了大西北的解放。

　  1949年1月11日，中共西北野战军第一次代表会议在陕西省澄城县北部武庄举行。17日习仲勋在西北野战军第一次党代会上作《关于接管城市的问题》的报告，提出了接收管理城市工作的具体政策和进城之初要好好地接收、建立秩序和发动群众三大项工作，确保城市社会秩序稳定，恢复城市经济生活。他提出，所有城市解放以后，都必须执行军事管制，以达到有效地完整接收、建立秩序和发动群众的任务。