从二十一日下午开始，红军围歼丁德隆七十八师的战斗全面展开。由红十五军团和红一军团第而师向山城堡西北的哨马营发起攻击，截断国军七十八师的退路。
红一军团主力则由南向北以战斗姿态搜索前进，第三十一军以战斗姿态由北向南搜索前进，第四军由东南到西北向山城堡进逼。
根据以上部署，红军各部于天黑时候出发，红一军团第一师和第四师以及三十一军一部从南、东、北三面攻入山城堡，并乘胜追击，将其大部压缩在山城堡西北山谷中。经过连夜混战，到二十二日上午九点战斗结束，国军七十八师廖昂二三二旅全旅和李用章二三四旅谢义峰第四六八团大部被歼灭。山城堡战斗结束。
胡宗南得到丁德隆七十八师在山城堡大败的消息，头脑“嗡”地一声蒙了，这是怎么回事啊，这个丁德隆怎么就……
胡宗南忽然想起蒋委员长最近几天的电报指示，尤其是蒋委员长在十九日那份电报，那份电报命令他放弃向东追击，转道向北，但是胡宗南没有按照蒋委员长的指示办，仍然命令丁德隆向东部的山城堡前进。
胡宗南想到这里心中发怸，不好了，这一次山城堡战败完全是自己自作主张造成的，要是蒋委员长追究下来，自己难辞其咎呀。
怎么办啊，怎么办啊，得想个办法把这一趟跨过去呀。于是胡宗南苦思冥想起来。但是胡宗南立刻又想到，必须立即采取补救措施，如果让红军乘胜扩大战果，那可不得了啊，目前我老胡很明显已经陷入红军包围，必须迅速命令各部脱离险境。
于是胡宗南走到地图前面琢磨一阵，命令各路追击部队立即向后转，后退到惠安堡、同心城、豫旺堡、韦州城等地休整。
胡宗南做好撤退部署，似乎松了一口气，于是又继续他的思路。胡宗南首先对自己走上行伍道路以来十多年的历史做了反思。胡宗南自以为，在前面的十多年里，自己一直都是一帆风顺的，从来没有遭受过较大挫折，由于战绩突出，军职也连连高升，在短短的十多年里就由军职最基层的排级升到中将正军职，可以说是扶摇直上了。
由于自己累立战功，也受到蒋委员长的格外青睐，以致把自己作为心腹爱将。想不到这一次居然在彭德怀手下栽了跟斗。胡宗南不服啊。
在胡宗南眼里，彭德怀不过是一介武夫，谈不上什么军事谋略。就是红军里资格最老的朱德和红军的最高领袖毛泽东，也都显得土里土气，看不出什么领袖风度和大元帅的气质。在共产党高层人物里，胡宗南仅仅知道周恩来是个人物，但是周恩来是个文官，好像也不是带兵打仗的料。
胡宗南认为，在红军将领里面，可能也只有林彪在军事方面有一点名堂，但是这一次山城堡战斗林彪并没有露面，难道彭德怀也能够指挥这样一场大规模的战斗吗？胡宗南想到这里又茫然了。胡宗南无法想象共产党红军里面还有比他胡宗南更高明的人。
胡宗南忽然想到目前这个摊子怎么收场。受蒋委员长的严厉批评是肯定的，问题是能不能保住这个军职。保住了这个军职，以后还有机会扳本。但是我怎么样向蒋委员长交代呢？
胡宗南通过一天一夜的苦思冥想，好主意终于想出来了。
第二天，胡宗南把七十八师师长丁德隆和七十八师二三二旅旅长廖昂二人叫来，丁德隆和廖昂都以为胡总要大骂一顿，二人一进指挥部，便一齐跪倒在胡宗南面前，涕泪交流地对胡宗南哭诉一番，然后请求胡总按军法处罚。
想不到胡宗南居然亲自把二人扶起来，说：“都快快起来。古语云，胜败乃兵家之常事，这一仗没有打好，能够怪你们吗？不能够怪你们啊，都是我胡军长指挥错误。这次山城堡战斗的失败，责任全在我胡军长。我要马上给委座发报，要求对我胡宗南按军法处罚。
至于你们二人，如果能够得到委座的继续任用，胡宗南希望在我离开军长职务以后，你们二人能够把这支部队带好。”
胡宗南的自责出乎 丁德隆和廖昂的意外，对胡宗南把错误完全榄在自己身上的行为深受感动，于是二人都表示愿意向蒋委员长申请接受处罚，胡宗南再三阻止，丁德隆和廖昂更加坚决为保住胡总而承担战场指挥方面的一切错误。
胡宗南看到二人态度坚决，说；“好吧，我胡宗南能够有你妹这样的下属，我胡宗南知足了。不过在你们受到处罚后，我会尽量让你们尽快恢复原职的，我胡宗南需要你们呀。”
于是丁德隆和廖昂二人立即向在洛阳坐镇指挥的蒋中正发报：
“委座：山城堡之败，皆因冠洲过于轻敌所致。时冠洲进驻山城堡，以为共军已经远逃，加之部队连日远征，官兵饥疲，故而疏于防范，突遭共军大部队袭击，部队混乱，时值黑暗夜半，以致无法组织有效抵抗。冠洲自知错误，愿意接受军法处罚，冠洲无怨尤矣。冠洲涕零顿首。”
不知道是因为蒋中正对胡宗南的偏爱还是被丁德隆勇于承担责任的行为所感动，蒋中正没有给胡宗南任何处罚，只是对丁德隆撤职留任，廖昂撤职。
再看红军方面。还在二十一日凌晨三点，毛泽东就根据彭德怀战地报告得知，国军胡宗南所部丁德隆七十八师已经在山城堡陷入红军包围，歼灭丁德隆七十八师已经是一个时间问题，毛泽东又及时给彭德怀发报：
“昨日止敌情大体明白，第一旅及孔令恂在大水坑一带，周祥初在攀家沟、保宁堡一带，昨日一部向山城堡，主力二十一日当向山城堡以北距离三、四十里地区前进。丁德隆在山城堡一带。第二旅似在豫旺整理，胡军部到豫旺。我本日打丁师，除周师下午或能赶到外，余均须第三天方能赶到，到亦疲劳不堪矣。我打丁师胜利后，须立即整顿队势打周师。毛。二十一日三时。”
彭德怀看了毛泽东的电报，立即把电报主要内容转发给红军各部。电报主要内容是在打败丁德隆后立即转入对国军第一路第二纵队周祥初四十三师的围歼。
却说周祥初得到丁德隆七十八师在山城堡大败的消息，知道自己的四十三师处境危险了。周祥初知道，由于丁德隆七十八师在山城堡大败，各路追击红军的部队都已经遵照胡宗南的命令向后撤退，而在各路追击军中，只有他周祥初四十三师紧紧跟在七十八师后面，现在突然来一个向后转，他周祥初当然在最后面了。
这时候各路红军一齐追来，周祥初感到十万火急了。于是周祥初命令所属部队丢掉一部分辎重轻装往后跑，从十一月二十二日中午开始，经过整整一天一夜的狂奔，从甜水堡附近一口气跑了一百四十多里，退回到惠安堡。到了惠安堡，周祥初感觉安全了，心想，奶奶的，看你红军还敢不敢追到这里，要是你红军再敢追到这里，叫你有来无回！
于是周祥初倒躺身子来个蒙头大睡，吩咐警卫员什么人也不见。
胡宗南左路第一旅李正先部运气就不怎么好。当部队撤退到大水坑地区，被一支红军挡住去路。说起来，李正先也是胡宗南属下一位得力干将。
李正先也是浙江人，跟胡宗南是老乡，又是黄埔二期步科出身，使得李正先在胡宗南的部队中也颇受重用。从第一师参加围剿红军的战斗开始，李正先的部队就始终作为一线主力使用，可以说和红军是老对头了。
要是没有前面七十八师在山城堡的大败，李正先绝不会害怕挡住去路的红军。但是此时的李正先显得胆小如鼠，居然采取回避手段以避免跟红军正面冲突。
这支红军部队是以宋任穷为军长的红军二十八军。虽然红军二十八军是在近一年前由陕北地方武装合编而成的，全军只有一千二百多人，而且只有近半数人有枪，战斗力不是很强，但是由于国军七十八师在山城堡的惨败，国军在心理上被打怕了，第一旅李正先害怕自己走廖昂的老路，于是不敢与红军硬碰，带着部队绕到而走。
军长宋任穷、副军长兼参谋长杨森、政治部主任伍晋南等率领部队一阵穷追猛打，国军丢下数十具尸体和一部分武器装备慌张逃跑了。
再说蒋中正在洛阳蒋宋别墅收到胡宗南关于山城堡战败的电报，蒋中正虽然对胡宗南有点失望，但是蒋中正从前面国军各部反馈的情报看来，东北军王一哲部的消极态度很可能给红军帮了大忙。
据胡宗南反映，左路王一哲部一直反映没有发现红军行迹，但是现在看来，王一哲没有按实际情况汇报。因为在山城堡战役打响以前，红军很可能从王一哲部某处地域穿了过去。
蒋中正想到这里发狠道：“混蛋东西，你王一哲也敢糊弄我老蒋？看我老蒋怎么样整你们东北军！”
