1936年10月，红军三大主力在甘肃会师后，蒋介石调集国民党军第1、第3、第37军和东北军的第67军、骑兵军第5军，从会宁至隆德一线，由南向北分4路向红军进攻，企图消灭红军于靖远、海原地区。为粉碎国民党军的进攻，红军前敌总指挥部根据中共中央和毛泽东的指示，决定集中主力给胡宗南第1军以歼灭性打击。10月底，红军各部由打拉池、海原地区逐次向东转移。至11月15日，分别移至萌城、甜水堡、豫旺堡以东地区。此时，胡宗南第1军紧紧尾追红军，进至豫旺地区。17日，第1军分3路前进：左路第1师第1旅由惠安堡东进，中路第1师第2旅向萌城、甜水堡推进，右路第78师由西田家原向山城堡前进。

当日，红四方面军第4、第31军在萌城、甜水堡以西地区击溃第1师第2旅, 毙伤其600余人，并击落飞机 1 架。18日，红军前敌总指挥部决定集中优势兵力，在山城堡地区歼灭孤军深入的国民党第78师。

19日，前敌总指挥彭德怀到山城堡部署作战，红一方面军第1、第15军团和第4、第31军集结于山城堡南北地区隐蔽待机；红军第28军在红井子一带钳制国民党军第1师第1旅；红二方面军第6军团和红一方面军第81师部署在洪德城、环县以西；红二方面军主力集结于洪德城以北地区为预备队。20日，国民党军第78师进占山城堡地区。21日下午，红军发起进攻，红15军团和红1军团第2师向山城堡西北之哨马营方向进攻，断其退路，其他各部红军向山城堡进逼。黄昏，红1军团第1、第4师和红31军一部，乘国民党第232旅变换阵地之机,向山城堡猛攻，经过一夜激战将敌大部分被歼灭。此役，共歼胡宗南部78师232旅及234旅两个团，迫使国民党军停止了对陕甘革命根据地的进攻。

这个胜利的战斗是长征的最后一战，也是第二次国内革命战争的最后一战。这一战斗的胜利对国内和平和抗日战争的实现，起了重要的作用。

山城堡战役纪念馆现为全国爱国主义教育示范基地，全国红色旅游经典景区，省级文物保护单位，甘肃省党史教育基地。