潼关失守后，西安督办公署亦不知所措，退到新丰后，卫与刘文伯商量，就地设防扼守新丰。卫当时说：“今潼关失守，门户洞开，叛部蠢起，为虎作伥，而豫中我军情况不明，此时，唯有据地设防，屏障省会，先安军民之心，再图破敌之主计。不然，我退敌进，宁有止境？”新丰部署甫定。由于事先有备，叛军麻振武的段茂功支队分三路进犯，相持数日，西安督办公署派姜宏谋旅增援，及发起总攻，给段部以歼灭性的打击。卫刘部乘胜追击，一鼓作气攻克渭南西关，正合力攻渭南县城时，灵、陕国民二军败讯至。李虎臣归来后，首撤攻渭之兵，卫定一部署的新丰防线，不复存在。

    国民二军在河南二三十万之众全部覆灭，岳维峻等途经山西回陕，中途被阎锡山扣留，陕西军务帮办二军师长李虎臣新败，走向何方毫无主张。

    卫定一作为李的下属，又不能带李行事，坚守西安的主张必须通过李才能实现。卫便与李私下交谈，分析当时形势，关中兵力就二军系统计，稍加整顿，亦可防守。同时，国民三军第三师杨虎城部建制完整，战斗力极强，杨本人政治眼光远大，有强烈的反北洋军阀的要求，是抗击镇嵩军的一支主力。但李与杨过去有过矛盾。卫便在两人之间架起了沟通的桥梁。李虎臣即与国民二军后方（三原）留守司令朱子敏联系，由朱于1926年4月1日在三原召开国民二、三军在陕将领李虎臣、杨虎城、邓宝珊、卫定一、田玉洁、冯志明、胡景荃、邓寿山等开会。

    卫在与会的首领中，文化水平较高，也是唯一与镇嵩军作过战的将领，以亲身经历说明敌军数量虽占优势，确实乌合之众，战斗力极差，在素质上远不及我们，使大家信心倍增。李在发言中委婉代李对杨表示歉意。杨虎城宽宏大量，不计前嫌，以团结合作为重。二人坐在一起更加增进了感情。卫被誉为会议的“智囊”，二、三军团结的主心骨。会议本着国民军成立的初旨，在政治上拥护孙中山的革命主张，在军事上国民二、三军联合起来，抗击镇嵩军，保卫关中。会议决定：拥护军务帮办井岳秀主持陕政，在未到职前，由杨虎城代理。杨、李两部守西安。卫负责兴平、武功一带防务，全力维持援助西安守军。三原会议奠定了二虎守长安的基础。

    按三原会议精神，卫部本无守城责任，但在卫部还没完全离开省城，刘镇华以优势兵力攻击，李、杨均感敌众我寡，西城一带尤为空虚，卫见状当机立断，令沈仲斐所部在三桥待命。5月9日又率沈部和迪松生游击队约一营人参加守城。遭到刘镇华驻西郊大白杨一带之姜明玉部、驻三桥甘家寨李二青部的阻击。卫派兵送信给李虎臣的李定五团，李定五掩护卫部向西关转移，直至下午3时，卫部才与守城部队会合。11日卫部接李团防务，守卫西城。西安与咸阳间交通中断，西安城全部被围。守城之责集于杨（守东城与北城）、李（守南城）、卫（守西城）三人肩上。

    杨虎城指出守城部队应加强团结，统一指挥，大家积极响应，杨便取消国民二军、三军的番号，一律改为陕军，以李虎臣为第一师师长，杨虎城为第三师师长，卫定一为第四师师长，李为陕军司令，杨任副司令。这样的政治措施，对守军团结，取得最后胜利起了重要作用。守城后期，粮食问题越来越紧张，为了打破封锁，取得接济，卫定一为首组织部队联合出城袭击。9月20日卫身先士卒，率部向大白杨出击，亲自督战，临阵指挥，经三天三夜激战，击退敌军，占领了大白杨一带村庄，接济了一定数量的粮秣。终因我方伤亡惨重，被迫退了回来。卫对自己所负责的西城防务，尽心竭力日夜巡视，惟恐有丝毫纰漏。刘镇华鉴于攻城不下悬赏李杨卫首级，出大洋十万。又派民国初年财政事司长张益谦面见李虎臣（原来为其做过护卫）调解。卫派军警督查处处长丁增华选优秀射手十名，不知在东城墙头，若张进来，当场击毙，张觉察情况不妙，装死后仓皇逃离。