十九日晚，彭德怀下达了作战命令：红一军团隐蔽于山城堡以南的罗山沟至于家湾之间；红十五军团以小部诱敌，主力隐蔽于山城堡以东和东北山地；第三十一军主力隐蔽于山城堡以北的田家庄；第四军隐蔽于山城堡的东南方，红二方面军为预备队。另外，以第二十八军、第二十九军和第三十一军一部分别钳制胡宗南部的左路和中路，八十一师以及红一方面军特务团、教导营协调红六军团在环县、洪德城以西分别阻止东北军王以哲各部的推进。
这是除了西路军之外中国红军的全部力量。
这是中国红军与国民党军的决死一战。
二十一日，总攻开始了。红一军团二师和红十五军团一部迂回到敌人的侧后断其退路；红一军团二师、四师由山城堡以南向北实施突击，红十五军团主力由山城堡东北向西南突击，第三十一军由北向南突击。黄昏时分，在各路红军的猛烈攻击下，单独冒进的胡宗南部第七八师被迫急切转移，红军占领了山城堡并开始了追击。由于敌人的退路已断，在各路红军的猛烈打击下，敌军除小部分突围之外，大部分被压缩在山城堡西北方向的山谷之中。至二十二日上午，胡宗南部第七十八师基本被全歼。
山城堡战役是中国工农红军长征的最后一战。
一九三六年十一月二十三日，中国工农红军第一、第二、第四方面军在山城堡集会,这是中国工农红军三个方面军的官兵第一次相聚在一起。中国工农红军总司令朱德说：“三大红军主力西北大会师，到山城堡战斗结束了长征。长征以我们胜利敌人失败而告终。我们要在陕甘苏区站稳脚跟，迎接全国抗日救亡运动的新高潮。”
山城堡战斗结束后，红军炊事员朱家胜挑着担子跟着部队往陕北走，因为战友牺牲了，他一个人担着的东西太多，渐渐落在了队伍的最后。夜色沉寂，雪落无声。朱家胜踩着战友们在雪地上留下的脚印一直向前。天边出现了一抹淡红色的光亮，朱家胜看见了向他跑来的红军。红军接过了他肩上的担子，扑打着他身上的雪花，往他手里塞了个热乎乎的洋芋。一位红军干部从背包里翻出一个蓝布小包，拿出里面的针线对他说：“同志，到家了，补补吧。”红军干部一针一针地缝补朱家胜那件破得很难再补的衣服，那是他自一九三四年十二月离开根据地就一直穿在身上的一件单衣。天边那片朦胧的亮色逐渐扩大，苍茫的河山骤然映入红军战士朱家胜流着泪的双眼：雪后初晴的黄土高原晨光满天，积雪覆盖下的万千沟壑从遥远的天边绵延起伏蜿蜒而来……
北国风光，
千里冰封，
万里雪飘。
望长城内外，
惟余莽莽；
大河上下，
顿失滔滔。
山舞银蛇，
原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，
看红妆素裹，
分外妖娆。
江山如此多娇，
引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，
略输文采；
唐宗宋祖，
稍逊风骚。
一代天骄，
成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，
数风流人物，
还看今朝。
