1936年8月底，为策应红二方面军和红四方面军北上，西征军挥师南下。陈赓率红一师由豫旺堡、同心县地区出发，几天急行军，进逼西（安）兰（州）公路。
9月18日占领静宁县的界石铺。10月1日，又在甘肃省会宁县城外，参加对敌军两个团的阻击，接着又占领了会宁县城，为三大主力红军会师做出了贡献。
当时红一军团政委聂荣臻，把迎接二、四方面军的任务交给了陈赓。他后来回忆说：“我没有见过张国焘，因为我们当时另有任务，把一师师长陈赓留下就出发了。陈赓过去在鄂豫皖（苏区）当过师长，他和四方面军许多干部都比较熟，留下他来欢迎是最合适的人选。”
10月8日，红四方面军的先头部队到达界石铺。9日，朱德率总司令部到达会宁。陈赓作为一军团的代表急忙前去晋谒。见到一身破烂皮袄，长着满脸胡须，瘦得像个精灵的朱德，见到尚身着单衣的旧日战友们，陈赓对他们所经受的苦难历程已经一目了然，他一阵心酸，只觉得喉咙感到哽咽。
朱德握着陈赓的手说：“我带你去见张国焘，但你不要乱放炮，应该团结争取他。”
见了张国焘寒暄之后，心直口快的陈赓，难免又冒出几句刺耳的话，每当这时，朱德就连忙拉拉他的衣服，暗示他把火压下去。
10月22日，红二方面军总指挥部到达了宁夏的西吉县南边的将台堡。也是陈赓代表红一军团去迎接贺龙的。三大主力的会师，使红军达到了近8万人，这对中国革命的胜利发展，具有重大意义。
中共中央为三大主力的会师，发来了热情洋溢的贺电。
蒋介石对红军三大主力的会合感到震惊，但又认为红军经过艰苦的长征，力量已大为削弱，觉得应趁红军十分疲劳，尚未来得及休息的时候，一举将其消灭，根本不理会中国共产党一再呼吁的停止内战一致抗日的主张。在红军主力向海原县方向转移时，蒋急调其嫡系部队3个军和东北军的2个军，追击红军主力。同时命令宁夏的“二马”在黄河一线进行堵截，南北夹击，消灭十分劳顿、立足未稳的红军。
11月18日，红军三个方面军的领导人毛泽东、朱德、张国焘、彭德怀、周恩来、任弼时、贺龙联合署名下达了《决战动员令》，号召全体红军“一定要不怕疲劳，要勇敢冲锋，多捉俘虏，多缴枪炮，粉碎这一进攻，开展新的局面，以作三个方面军会合于西北苏区的第一个赠献给胜利的全苏区的人民的礼物。”
中共中央的对策是：红军在海原地区稍事休整，然后逐次向北、向东转移，诱敌深入，集中优势兵力打击蒋介石嫡系部队；东北军已有不愿打内战的倾向，并秘密和红军建立了一些联系，故对他们主要是加紧做统一战线的工作。
红军离开海原县后，马鸿逵的第三十五师，会同东北军的一个骑兵师侧后追击，陈赓率红一师和红十五军团的第七十三师，在宁夏的固原县何家堡地区歼灭了马鸿逵的两个骑兵团，俘虏千余人，迫使它们退了回去。
马家军的部队退回老家去，国民党嫡系胡宗南的3个师却自南向北压来。红军后撤，他以为红军是溃逃，因此紧追不舍；每天还派飞机出动寻找红军……看样子，硬是想和红军决一死战。
红一师的第十三团，是何家堡战斗的主攻部队之一，刚打了胜仗，部队情绪很高。现在胡宗南跟着红军脚印追，大家心里自然不舒服。行军路上，议论纷纷：“敌人跟着屁股追，为啥不打它呢？”
一天，行军路上休息，陈赓从后面赶上来了，他跳下马，和十三团的一些通信员、司号员、饲养员们聊了起来。这些人都是老兵，和陈赓很熟悉，加上他没有架子，爱开玩笑，所以他一来，大家就围拢上去，七嘴八舌地问：“啥时候打呀？师长，敌人追着屁股，多么讨厌。”
陈赓笑着回答：“我看，你们刚打了个胜仗，就翘尾巴了！啥时候打？得听上边的命令，我怎么知道。”
饲养员老单，这时插话进来：“我看，要不了几天啦，准给它个回马枪。”老单在中央苏区就当饲养员，长征到陕北后，陈赓每逢遇见他，总是说：“老单，你去当个管理员怎么样？”他总是摇头回答：“不，我没能耐，我要为革命永远当马伕。”陈赓说：“能耐是在工作中锻炼出来的，我看你能行。”但老单始终不松口。现在陈赓听他这么一说，拍着他的肩头笑道：“我看，你的主意不错。怎么样？不要再当饲养员了吧？”老单还是摇头：“不，我还是当马伕好。”
部队开始继续行军时，陈赓对团政委魏洪亮说：“你们到达目的地，要想尽一切办法让大家喝上水。你没看见，战士们的嘴唇都干得裂了吗？”
望着陈赓的背影，魏洪亮心里感到温暖，觉得师长时时刻刻都在关心战士，关心部队。一路上，陈赓已经不止一次向团领导交代，要想尽一切办法，让大家喝上水。可是在这陇东黄土高原上，吃水比吃油还困难。山沟里流淌的水，又苦又涩，一股子硫磺味，闭着眼喝下去，不是身上发肿，就是拉肚子。当地的老百姓，完全靠接雨水生活，这一路上，为了维护群众利益，部队从来没有痛痛快快喝过一碗水。
部队忍受着干渴，战士舐着干裂的嘴唇，向北又连着走了两天，11月19日，来到了甘肃省环县城北面的山城堡地区。
踌躇满志的胡宗南，认为红军主动转移为溃退，指挥其第一军步步紧逼，形成孤军深入，19日占领惠安堡，企图两翼合围红军于宁夏的盐池地区。
其实，红军在山城堡地区早已严阵以待，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；红一军团主力由南向北，红四方面军第三十一军由北向南，摆开了对山城堡实施包围的态势。陈赓红一师的任务是攻击敌重兵防守的一座山头。
“这一仗，关系重大，有关全局。”战前，陈赓非常认真地向部属贯彻总部《决战动员令》的精神：“这是红军三大主力会师后的第一仗！这一仗打不好，敌人将会直插定边、盐池，然后进逼保安，威胁党中央……”
胡宗南的三个师遭到红军正面阻击了一下，才感到事情不太妙，便凭借山城堡周围山地，修筑工事准备固守。
红军计划21日进行反击，三个方面军都有部队参加。陈赓在第十三团积极请战的情况下，指派他们担任师的主攻任务。第十三团的左翼是红二师，右翼是红四师，形成了一种竞赛态势。
天已经擦黑了，敌人5架飞机还在空中盘旋着，侦察红军的情况。陈赓率领第十三团的干部隐蔽地接近到山下，进行侦察。敌人扼守的山头上，修满了工事，山坡上摆着对空联络的布板，士兵们在山头上游荡……陈赓一面用望远镜观察，一面说：“看清楚没有？同志们，他们很骄傲哩！一副满不在乎的样子。看来，我这位老同学还不懂骄兵必败的道理。”然后指着十三团的突击方向对魏洪亮说：“你们的突击方向，一共9个碉堡，看清楚了没有？”
魏洪亮回答：“看清楚了。”
“你们团长不在，这次战斗只得由你这个政委指挥了。你看，那个大碉堡上竖着一个杆子，准是电台的天线，那儿可能是敌人的指挥部。估计大约一个团，你看对吗？”
魏洪亮说：“师长分析得对。我们团保证完成任务。”
陈赓嘱咐道：“敌人骄傲，要失败。你们在何家堡打了胜仗，可不能骄傲轻敌。告诉部队，敌人不是马鸿逵了，是国民党胡宗南部队的精锐，要有啃硬骨头的思想准备，要动刺刀、马刀。不过今天是夜战，夜战是我们红军的拿手好戏，要勇猛、快速，还要机动、灵活。”
看完地形，天已黑定了，既没有月亮，也没有星光，甚至到了伸手不见五指的程度。好处是，敌人很难发现红军的运动；缺点是，看不见山形地貌，行军困难，战士全凭自己的感觉，全凭夜间行动的经验，摸索着前进。
令人焦急的是，第十三团分两个攻击点突击了两次，都未能奏效。师指挥所一次次地吹号问攻击情况，魏洪亮身旁的司号员一次次地问他：“政委，怎么回答？”
怎么回答？团长不在，全部重担落在了魏洪亮一人的肩上。夜已经很深了，狂风怒吼，黄沙扑面。山头上的敌人在疯狂地向下射击，魏洪亮急得直挠头，想着陈赓交代的“这一仗关系重大，影响全局……”的话，心中更着急，急忙组织部队准备进行第三次攻击。
突然，黑暗中传来个声音：“魏洪亮在哪里？”原来是陈赓拄着根棍子，迈着伤残的腿，来到魏洪亮身边了。面对着魏洪亮焦躁不安的情绪，冷静而温和地说：“不要着急，好好研究一下，原因在哪里？”
魏洪亮把两次突击的情况，向陈赓作了报告。陈赓立即指出：“天太黑，地形不利，是一个原因。你们两处一起突，是可以的，只是忽略了加强主要的突击方向，平均使用兵力是不行的。马上把预备队调上去加强第三连，全团的火力，也要重点支援三连……”
正在重新部署的时候，三连连长王茂全跑来了，报告说：“第二次突击时，他们连的司号员摸上去了，并且一直摸到敌人的碉堡底下。他不见后续部队上来。只好自己又摸回来了。”
陈赓一听，高兴地说：“这个司号员很勇敢，很有办法，快把他找来！”
三连司号员来到陈赓面前，讲述了自己的故事。陈赓说：“很好，很好。现在你能把突击部队带上去吗？”
司号员背好自己的铜号：“行，我保证把他们带到敌人碉堡跟前。”
陈赓抓着他的手问：“听你口音像是江西老表。”
“是的。”
“好。走过金沙江、大渡河，跨过雪山草地的英雄，你一定能完成任务的。”陈赓高兴地说。
真是无巧不成书。十三团正在调动火力准备行动时，红四师第十二团团长邓克明带着部队经过十三团阵地，听说他们前两次攻击失利，正在组织第三次攻击时，立刻向自己的机枪手下命令：“把轻重机枪都架上，配合十三团作战！”
师长亲临指挥，兄弟团主动支援，又有勇敢的司号员带路，真是万事俱备。魏洪亮已确信不会再组织第四次突击了。
陈赓一声令下，二十几挺机枪发出怒吼，三连连长王茂全一手拿枪一手拿刀喊了一声“冲！”部队像离弦的箭似的飞上山去。魏洪亮也跟着部队冲上了山。
胡宗南所谓的“精锐”，白天打仗还可以，夜战就不行了；他们武器好，火力强，远处射击占优势，红军摸到跟前近战就无法招架。红军又是枪打又是刀砍，几分钟后，胜利的号音就在山头响起。胡宗南的部队变成了一盘散沙，狼狈溃逃。这时，陈赓派警卫员跑步上山传达他的命令，只有3个字：追！追！追！
战斗结束，第十三团缴获了重机枪9挺，俘虏了300多人。这些人个个灰头土脑，嘴唇出血，除了受惊吓之外，他们已经两天多没喝过一滴水了。
这次作战前，大家考虑陈赓多次负伤，腿是半残废，不能打弯，行动不便，要求他在师部指挥就行了。但在十三团攻不上去的时候，陈赓及时赶到前线去，在那伸手不见五指的黑夜里，根本看不见路。有人问他：那时是怎么上去的？他笑着回答：“是爬上去的呀！”
山城堡战斗后，红军准备再战时，12月12日发生了“西安事变”。因此，山城堡之战，就成了结束十年内战的最后一仗。它对促进国内和平，转入抗日战争，起了重要作用。
