红军三大主力在西北实现会师，对国民党在西北地区的统治造成严重威胁。两年来一直千方百计围追堵截红军的蒋介石，甚为恐慌。他不甘失败，立即调集几十万大军，企图将红军在西北地区一举歼灭，为此还赶到西安亲自督战。
红军决定对不愿打内战的东北军积极进行统一战线工作，集中主力打击蒋介石嫡系胡宗南较早军。1936年10月底，红军各部由打拉池、海源地区逐次东移，至11月15日，分别进至萌城、甜水堡、豫旺堡以东地区。
此时，敌第三十七军正准备西渡黄河“追剿”红军河西部队；东北军第六十七军和骑兵军经红军劝阻，前进缓慢；敌第三军进占同心城后，也停止前进；唯有骄纵的胡宗南较早军仗着武器装备精良，根本没把红军放在眼里，孤军深入，进至豫旺地区。据此，中革军委命令红军主力向山城堡迅速靠近，寻机歼敌。在中革军委的指示下，全苏区军民都动员起来，实行坚壁清野。胡宗南部找不到粮食，闹起了粮荒，屡电蒋介石告急。蒋介石令其迅速占领定边、盐池，解决给养。
17日，敌较早军分3路向定边、盐池前进。当日上午11时，红军第四、第三十一军在萌城、甜水堡以西地区击溃敌军中路较早师第二旅，毙伤其600余人，击落敌机一架。19日，红军前敌总指挥彭德怀根据中革军委指示，决定集中优势兵力，歼灭向山城堡孤军冒进的国民党军第七十八师。21日下午，红十五军团和红一军团第二师向山城堡西北之哨马营攻击，断其退路。与此同时，红一军团主力由南向北，第三十一军由北向南，第四军由东南而西北向山城堡进逼。战至22日9时，红军全歼敌一个多旅。与此同时，红二十八军在红井子附近击溃了胡宗南派向盐池方向进攻的较早师较早旅，敌人余部仓皇西撤，山城堡战役胜利结束。
山城堡战役是红军三大主力会师后的较早次重大军事胜利，也是长征胜利结束的较后一仗。此役的胜利迫使国民党停止了对陕甘苏区的进攻，加强了三个方面军的团结和统一，也促进了抗日民族统一战线的形成。
