1935年10月19日，中央红军胜利到达吴起镇，至此，中央红军历时一年，纵横11省，胜利完成了二万五千里长征。就在红军到达陕北时，蒋介石不甘心屡次失败，趁红军立足未定，即调集东北军五个师的兵力，采取南进北堵的战略，对红军进行“围剿”。
面对这一形势，中共中央为了统一陕北地区红军的指挥，粉碎敌人的“围剿”，于11月3日决定恢复中国工农红军第一方面军番号，下辖一军团、十五军团。此时，邓克明奉命调入红一军团四师十二团，任团长。
根据敌人来势，红一方面军制定了周密的战略部署：决定由甘南向南作战，诱敌深入，集中兵力歼敌，以打破敌人“围剿”。计划将敌放进直罗镇，趁敌立足未稳，集中红军兵力，歼灭诱入之敌。
直罗镇是一个不满百户的小镇，坐落于子午岭群山之中，三面环山，北边是一条小河，东面山坡筑有土围子，一条东西大道穿镇而过，地形险要，利于设伏，是一个歼敌的好战场。11月20日，敌109师在飞机掩护下，沿葫芦河向直罗镇推进，下午四时，进入直罗镇，钻进红军预设的“口袋”。21日拂晓，红一方面军向直罗镇敌发起攻击。邓克明奉师长陈光之命，挑选十二团273名战士参战，并以红五连为先锋，向敌前沿阵地发起冲锋。红五连的战士们匍匐前进，趁着烟雾弥漫向敌人发起猛烈进攻，敌人凭借人多和预先筑起的防御工事与红军展开巷战。当进攻受阻，邓克明立刻来到阵地前沿，观察敌阵，指挥部队采取分割包围之法，将敌人一块块的围歼。经过2个小时的激战，邓克明率队歼敌无数，俘敌2000余人，缴获轻机枪60挺，重机枪10余挺，还有大批手榴弹、子弹、棉服、食品等军用物资。
直罗镇战役，红一方面军歼敌一个师又一个团，共8300余人，击毙敌师长牛元锋。彻底粉碎了国民党军对陕甘革命根据地的“围剿”，为中共中央把全国革命的大本营放在西北举行了奠基礼。