1936年10月，中國工農紅軍第一、二、四方面軍在甘肅以及靜甯以北的将台堡（今屬甯夏）會師以後，給國民黨在西北地區的統治帶去嚴重威脅。兩年來一直千方百計圍追堵截紅軍的蔣介石，甚為恐慌。是以，蔣介石不顧中國共産黨一再提出的“停止内戰，一緻抗日”口号，仍舊繼續堅持反攻的内戰政策，調集國民黨軍5個軍向紅軍發起進攻，企圖将紅軍在西北地區一舉殲滅。
為粉碎敵人的進攻，促進抗日民族統一戰線的形成，紅軍前敵總指揮部根據中共中央及中革軍委的訓示，決定集中主要兵力給國民黨軍第1軍（軍長胡宗南）以殲滅性打擊；以一部兵力牽制第3、第37軍，并相繼予以打擊；對東北軍第67軍等則是積極地展開統一戰線工作，以遲滞其前進。
10月底，紅軍各部由打拉池、海源地區逐次東移，尋機殲敵。到11月15日，分别進至萌城、甜水堡、豫旺堡以東地區。與此同時，國民黨軍第37軍正準備西渡黃河“追剿”紅軍河西部隊；東北軍第67軍跟騎兵軍經紅軍勸阻，前進緩慢；第3軍進占同心城後，也停止前進；就隻還有驕縱的胡宗南第1軍仗着自己的武器裝備精良，完全沒将紅軍放在眼裡，孤軍深入，進至豫旺地區。
紅軍主力則是奉命往山城堡迅速靠近，打擊國民黨軍的進攻。在中革軍委的訓示下，全蘇區軍民都動員了起來，實行堅壁清野。進而使得胡宗南部找不到糧食，鬧起了糧荒，數次緻電蔣介石告急。蔣介石令其迅速占領定邊、鹽池，以解決給養問題。山城堡處在環縣以北洪德跟甜水堡的中間地帶，溝壑縱橫，地形複雜，十分有利于大部隊進行設伏。
17日，胡宗南部第1軍分3路向定邊、鹽池前進。當日上午11時，紅軍第四、第三十一軍在萌城、甜水堡以西地區擊潰敵軍中路第1師第2旅，斃傷其600餘人，擊落敵機一架。19日，紅軍前敵總指揮彭德懷按照中革軍委的訓示，決定集中優勢兵力，殲滅向山城堡孤軍冒進的國民黨軍第78師。
20日，國民黨軍右路第78師進占山城堡、小台子、風台堡等地，并派出兩個連沿山城堡至洪德城大道向南偵察，在八裡鋪以南遭到第1軍團一部突然攻擊，大部被殲，少數逃回山城堡。21日下午，紅十五軍團及紅一軍團第二師向山城堡西北之哨馬營攻擊，斷其退路。敵軍頓時潰散，一部突圍。到了22日9時，紅軍全殲敵一個多旅。與此同時，紅二十八軍在紅井子附近擊潰了胡宗南派向鹽池方向進攻的第一師第一旅，敵人餘部倉皇西撤，山城堡戰役勝利結束。
山城堡戰役是紅軍三大主力會師後的第一次重大軍事勝利，同樣也是長征勝利結束的最後一仗。山城堡戰役的勝利，給蔣介石嫡系胡宗南部以沉重打擊，迫使國民黨停止了對陝甘蘇區的進攻，加強了三個方面軍的團結和統一，也促進了抗日民族統一戰線的形成。
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