牛心堆在曼头山东南，居湟水和黄河中间位置，距曼头城近两百里，因附近一条河流名牛心川而得名。
从牛心堆到曼头山之间，地势平坦，但牛心堆面对鄯州方向有高大的拉脊山耸立着，为吐谷浑军队抵御唐~军攻击的一道天然屏障。
吐谷浑军队在此筑有军营，在拉脊山各险要山口地段派驻不少的士兵据守，并修筑有城堡箭跺等防御工事。
吐谷浑军队估计，唐~军会沿着湟水先攻击库山，或者越过拉脊山向牛心堆一线进攻；
因此慕容伏允在这两地集结大量精锐军队驻守。
牛心堆因从地理位置上更接近鄯州，兵力配置也是很多，有三万多吐谷浑大军聚集在此。
出乎吐谷浑军队意外的是，唐~军前锋快速攻占了库山，面对放火烧毁牧草的举动，没有停留，反而快速南下，以精锐的骑兵击溃曼头山的守军，并迅速占领；唐~军主力部队也是随后跟进抵达，抄了牛心堆吐谷浑军队后路。
牛心堆以南，是水流湍急的黄河；
东北面是高大雄伟的拉脊山；
唐~军的快速攻击，截断了牛心堆吐谷浑军队西逃退路，也截断了他们的粮草供应之路。
在薜仁贵所率骑兵攻占曼头山后不久，薛万彻和薛万均兄弟即率部抵达这里；
傍晚时分，李靖率领余部也抵达了。
为了不让牛心堆之吐谷浑军队西逃，李靖所部、神策军大部都是轻装急行军而来。
如今马匹多了，神策军火枪兵及步兵为了跟上骑兵，把大部分四轮马车的马都挪了出来，全用马驮载中小炮；
120毫米三米攻城长~炮，则继续用马拉着，位于后军随后跟进；
还把长枪兵和盾牌兵也置于后军中；
只有火~枪兵和轻炮兵随李靖所部中军行军。
在结束曼头山战役后，李治命令所部抓紧休整，为接下来聚歼牛心堆之敌做准备。
神策军骑兵及契苾何力部，经高强度急行军及冲杀，已没体力追击逃跑的慕容伏允；
李治只得放弃追踪其部的诱人想法，南面和西面有段志玄和李大亮部的拦截，量他慕容伏允残部，也不是辣么容易逃脱掉了的。
牛心堆吐谷浑军队探知唐~军攻击曼头山后，马上倾巢出动；
想趁唐~军立足未稳，集中优势兵力消灭疲乏的唐~军，并趁机西逃。
库山和曼头山两地惨败，已经让知道消息的牛心堆的吐谷浑军队，心惊胆战；
指挥的几名名王明白，若他们无法趁这个机会逃跑，下场会和库山曼头山族人一般悲惨。
只是吐谷浑军队得到的情报还是慢了几拍，其大部队还未行进到一半路程，李靖所率大军已经抵达这一带，等着吐谷浑军队。
从牛心堆出发的吐谷浑军队在侦知唐~军行踪后，马上停下了脚步；
可能是吐谷浑军队怕中唐~军伏击，而率部回缩，背倚几处山坡停下了。
李靖所部快速推进，在离吐谷浑军队三十里地左右安营休整，却并不急着进攻。
一夜间，唐~军不断派出小股骑兵袭扰吐谷浑军队，而大部队则轮流休息。
唐~军小股部队不断的袭扰，令吐谷浑军队整晚上都处于高度紧张中，但又不敢趁夜进击。
待第二天天明后，才又缓缓向前推进，准备与唐~军决一死战。
面对没有退路的牛心堆吐谷浑之敌，李靖和所部唐~军将领都知道，这将会是一场恶战。
双方兵力基本相当；
三万多吐谷浑军队全是骑兵；
唐~军也是三万余，但只有约两万骑兵；
且还是，远道急行军而来，体力上处于劣势；
占骑兵人数近三分之一的神策军骑兵和契苾何力部，则是刚结束曼头山之战，疲乏之极，极需休整。
但有一点，是吐谷浑军队无法比及的，唐~军经过连续几场大战的胜利，士气高涨；
而吐谷浑军队被唐~军围截，又闻知连续几场败战，人心惶惶，士气低落。
……
夜晚的李靖大帐内，还是灯火通明。
李靖正召集诸将进行战前紧急军情商议，修正一些原先布署。
曼头山的吐谷浑军队已经被击溃，慕容伏允西逃，但这不是李靖最关心的事。
因为他跑不掉，段志玄部和李大亮部，会在远处等着溃逃的慕容伏允。
现在最重要的，是消灭牛心堆的三万余吐谷浑军队。
一番密议后，诸将纷纷领命而去。
李靖只留下李治、王玄策、薜仁贵和契苾何力。
"此战是一场正面对决的硬仗，从总体兵力上来讲，我们没有丝毫优势，胜负的关键就在于你们两部的突袭，你们可明白？"
"末将明白。"
李治、王玄策、薜仁贵和契苾何力用力吼了一声，领命而去。
当晚，李治吸取教训，与王玄策、归海一刀、王玄武、薜仁贵在神策军中军大帐中密谋了半夜。
李治多次强调了配合协同问题，这一次一定要打出一场火器战阵的经典战役出来，一场永记史册的战役！
军情过于紧急，神策军骑兵和契苾何力部只得到了短暂休整，即要去执行更加艰巨的任务。
第二天天色未明时，薜仁贵和归海一刀，即率领神策军骑兵和契苾何力部，在几名特战队员带领下，出营而去。
……
草原清晨，飘荡着一些雾气。
这是一片宽阔草场，风景秀美，因为几条河流的分割，那场绵延几百里的大火并没烧到这儿。
但此时的草场，却充满杀戮之气，两支几万人的大军，即将在这儿正面厮杀。
两支队伍在相距三里地时，都停了下来，摆开阵型，各自做好攻击和迎敌准备。
唐~军官兵此战最重要的任务是阻止吐谷浑军队拼死突围，并全歼他们。
在李靖的安排下，唐~军已经做好了迎敌准备。
以步兵置于中军，最前排的是手持盾牌护卫的步兵；
后面是各种中小型火~炮；
炮阵后面是三排火~枪兵六千人；
再后面是弩弓手一千五百人，也是分成三排；
再后面的是弓箭手四千人，也是成三队排列；
最后还有三千左右手持长枪的步兵。
因为是快速行进的作战，军中并没配置重甲的陌刀手；
而且火~枪兵也只来了9000人，倒是把两个旅炮团中的中小轻型炮都带来了。
最后面的是长枪步兵阵，后侧两翼，是一万五千名骑兵；
左侧是由薛万彻领军的约五千名汉军士兵及两千执失思力部的突厥骑兵；
右侧由执失思力亲率，人数约四千的突厥骑兵，还有薛万均所领的约四千汉军骑兵。
火~炮与弩弓的有效射程均约三百步左右，在约六、七千吐谷浑骑兵开始冲锋到这个距离时，开始第一轮打击。
有幸躲过此轮打击的吐谷浑军队，迎接他们的将是更加密集的火~枪和弓箭手射出的铅弹和箭矢；
弓箭射程约七十到一百五十步，而火~枪有效射程也为一百五十步；
但集射时，在一百五十步以外时，也可以向敌骑兵射击。
吐谷浑军队进攻了！