石堡城在今青海西宁市西南湟源县。湟源县是湟水河流域与青海湖地区之间的要地。之前，吐蕃据守石堡城，并且侵扰河右（青海东部）。开元十七年（729），李祎指挥唐军长途奔袭，攻占石堡城，分兵据守，遏制吐蕃。从此以后河、陇等地的唐军游弈，开拓疆域一千多里。唐玄宗将石堡城改名为振武军。
开元二十九年（741），盖嘉运担任节度使，没能守住石堡城。吐蕃攻占石堡城。 此后，唐军曾数次向该城发起进攻，终因山道险远，易守难攻，而没能攻占石堡城。
天宝元年（742），皇甫惟明指挥唐军击破吐蕃大岭等军，又击破青海莽布支的三万多吐蕃军，斩首五千多级（通常杀敌数远多于斩首数）。《新唐书》记载皇甫惟明在青海击破莽布支这次作战，斩首3万级。 另外，唐将王难得，阵斩吐蕃赞普之子琅支都。王倕指挥唐军击破吐蕃渔海及游弈等军。
天宝二年（743），皇甫惟明引军攻占吐蕃洪济城。 天宝五年（746），王忠嗣被任命为河西、陇右节度使，兼知朔方、河东节度事。此后，王忠嗣指挥唐军与吐蕃军多次交战，都取得了大胜，又攻打吐蕃的重要部分吐谷浑，将吐谷浑全部俘虏。
唐军在对吐蕃的作战中多次大胜，这种情况下，唐玄宗想让唐军再次攻占石堡城。王忠嗣有多年与吐蕃交战的经验（早在开元二十一年，733年，王忠嗣就已经开始对吐蕃作战，并且取得多次胜利），而且王忠嗣善于派出谍报人员搜集吐蕃情报。王忠嗣更加了解石堡城的情况。王忠嗣指出，石堡城险要坚固，而且现在吐蕃是动用了几乎全国的力量去防守石堡城，如果顿兵坚城之下硬攻的话，会死数万人。希望休兵秣马，观察时机再攻取之。
天宝七载（748年），哥舒翰在青海建造神威城，吐蕃来攻，哥舒翰击败之，哥舒翰又在青海龙驹岛建造应龙城，吐蕃因此不敢靠近青海湖。
天宝八年（749），唐玄宗李隆基命令新任陇右节度使哥舒翰统领陇右、河西、朔方等部兵马及突厥阿布思部共六万三千人。王忠嗣被贬以后，无人再敢忤逆唐玄宗开疆拓土的心愿，哥舒翰被委以重任后，当然知道自己该怎么办。他采取步步为营的方略，在青海（今青海湖）修建神威城，把尖刀伸到了吐蕃军的眼皮子底下，吐蕃人不甘受制，乘着大雪冰封，攻陷此城，唐军奋起神威，很快夺回了这座桥头堡。哥舒翰再建一座应龙城，与神威城互为掎角，在此城派驻了两千人，战争的主动权已经到了哥舒翰手中。唐军节节胜利，再次把目光投向了石堡城。
石堡城的地势极为险要，三面险绝，只有一条山路通往城中，雄伟坚固，易守难攻，一向为吐蕃军的前沿阵地。吐蕃动用全国的力量防御石堡城。 唐军多次试图夺回石堡城，都未能奏效，这次，唐玄宗势在必得，将朔方、河东等地十万多士兵统归哥舒翰指挥，以倾国之力，奔袭石堡城。
天宝八载（749年）六月，一场攻坚战打响了，唐军加上突厥阿布思部共有兵力六万三千人。但是，吐蕃人据险而守，他们贮藏了足够的檑木和滚石，牢牢封锁了通往城中的唯一山道。唐军猛攻数日，仍然不能得手。哥舒翰焦急万分，他要杀一儆百，拿攻城先锋官高秀岩、张守瑜开刀。高秀岩、张守瑜恳求宽限三日，如果到期不克，甘心伏罪。唐军不惜一切代价，发起一轮又一轮的冲锋，死伤数万人之后，终于如期攻下了石堡城。一将功成万骨枯，一切都正如王忠嗣的预料。此战吐蕃方面有四百人被俘，其中包括大将铁刃悉诺罗。但是这根据史料记载的吐蕃对石堡城是“举国守之”，被俘人员远不是石堡城之战吐蕃军的总数，被唐军杀死的吐蕃军远多于被俘者。唐军攻占石堡城后，唐玄宗十分高兴，哥舒翰因军功拜特进、鸿胪员外卿，给予一个儿子五品官，赐物千匹，赐庄园一座，加摄御史大夫。
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