同时，红二方面军第6军团和一方面军81师在洪德城、环县以西地区迟滞东北军。
红二方面军主力作为预备队，集结在洪德城以北。
而红一方面军则担任主攻任务，第1军团在山城堡以南，第15军团和第4、第31军在山城堡以北，隐蔽待机。
炮兵混成旅在韩家塬驻扎，准备为进攻部队提供火力支援。
这样的部署，主次分明，各部协同作战，显然比国军的部署更有章法。
而且，同样是指挥数万人作战，红军在悄无声息中完成了部署，而国军的一个旅被打掉，其余各部却浑然不觉，仍然大张旗鼓地往陷阱里跳，双方指挥官的军事素养高下立判。
主战场尚未开打，红军已经占据了先手。
20日，中央军第78师第232旅及另一个团进占山城堡。
按照红军的伏击习惯，他们往往会“让敌人多待一会”，这种作战风格在五里沟口、袁家沟口、直罗镇等地都得到了体现。
这样的战术布局，无疑让红军在这场战斗中占据了更大的优势。
这就像“炖肉需要时间才能炖烂”的道理一样。
红军在耐心等待之后，终于迎来了他们的“大餐”。
21日下午，红军第15军团和第1军团第2师在山城堡西北的哨马营突然发动攻击，激战一整天。
漆雕六日率领的炮兵混成旅提供了精准但不猛烈的炮火，成功切断了敌军的退路。
因为不是独立作战，漆雕六日不敢让炮兵使用地毯式炮火覆盖。
红军领导们对炮弹可是爱惜得很，要是知道漆雕六日独立作战时疯狂发射炮弹，非撤了他的职不可。
面对红军的猛烈攻势，中央军232旅不得不改变阵地，逐步向更有利的地形撤退。
此时，红军的主力部队从四面八方发起了攻击。
红1军团主力从南向北推进，第31军则从北向南，第4军则从东南向西北，三路大军齐头并进。
当夜幕降临，敌232旅正在向山城堡以北的山地撤退时，红1军团第1、第4师和红31军的一部分，从南、东、北三个方向直接攻入了山城堡。
双方在山城堡内激战了一夜，漆雕六日在前线呼叫炮火时才能开炮，无聊得很，红军前线指挥员一般情况下都不舍得呼叫炮火，炮兵混成旅54门山炮一共只打了三轮。
至22日上午9点，被围困在山城堡西北山谷中的敌232旅的一个团的大部分被红军歼灭。
红军乘胜追击，红28军在红井子附近击败了敌1师第1旅，炮兵混成旅的骑兵团也出动追杀了一阵。
漆雕六日把部队甩给贾钢照看，自己和分身们端着捷克式轻机枪参与追击，回来后被总部领导骂得狗血淋头、狼狈不堪。
至此，国民政府的嫡系第1军四路出击，已有两路被红军击溃，其余各路也仓皇西撤，山城堡战役宣告胜利结束。
这场战役是红军三大主力会师后的首次大战，三个方面军协同作战，配合默契。
红军通过巧妙的战术布局，成功调动敌军，通过诱敌深入、设伏、断敌后路等手段，创造了夜间作战的有利条件，充分发挥了红军的作战优势，确保了战役的胜利。
此战不仅扭转了红军的被动局面，增强了红军的内部团结，巩固了革命根据地，而且为抗日统一战线的进一步发展奠定了基础。
战役结束后不到一个月，西安事变爆发，经过各方共同努力，最终和平解决，国民政府接受了“停止内战，共同抗日”的主张。
山城堡战役因此成为第二次国内革命战争的最后一役，它标志着国民政府“围剿”红军的彻底失败，同时也为第二次国共合作共同抗日拉开了序幕。
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