整后，又从襄樊出发改由陕西北上。红巾军相继攻取武关、商州，夺占七盘山，进据蓝田，直抵灞上，兵锋直逼西安。同时分兵攻占同、华各州。因“察罕帖木儿之名，贼素畏之”《元史纪事本末察罕帖木儿克复之功》，陕西省台向察罕帖木儿发书告急。察罕帖木儿此刻刚收复陕州，得求援信后，领五千兵马与李思齐一道入潼关急驰赴援。在与察罕所部数次交战后，红巾军无有胜绩，仍是大败。幸存人马不得不翻越秦岭，退到兴元。元廷为嘉奖察罕帖木儿的复陕之功，授其陕西行省左丞、资善大夫。随后，奉命屯守陕西的察罕帖木儿领军又于至正十八年二月，收复泾州、平凉；四月，在巩昌又击败红巾军西路军李喜喜部，使得红巾军只能退回四川，从此不敢北向。
在与红巾军反复拉锯后，察罕帖木儿认识到此路红巾军势大，难以全歼，遂决定采取坚守策略，力争将此路红巾军逐出山西，他将所部兵马分别屯守泽州、上党、并州。并将太行山主要隘口碗子城、吾儿谷、井陉口堵塞，截断了红巾军通过太行山进兵大都的主要通道。红巾军屡次攻打各关口，在察军的顽强抵抗下始终无法攻克，十月，红巾军攻破大同路后，全军北上，退出山西，进军塞外。山西从此平定。经过与红巾军六年来的浴血苦战，察罕