除了古人类遗址，红山堡明长城也是水洞沟的独特历史文化景观之一。雄伟的万里长城，历史上是抵御外族入侵的军事屏障，曾经对保障人民安居乐业，防止外敌扰掠发挥过重要的作用。红山堡明长城是宁夏境内相对保存最完整的一段长城遗址，西至入黄河巨龙的长城小龙头称为两龙交汇处，东至盐池境内。站在长城上放眼眺望，北边的毛乌素沙漠，南边的水洞沟景区地貌尽收眼底。红山堡明长城不同于山海关等地的长城——这里的长城是由黄土夯筑而成的。
在我国历史上，自春秋战国至明代，前后有20个朝代或诸侯小国修筑过长城。其中以秦始皇时修筑的长城、汉长城和明长城规模最宏大，长度都超过1万里。在宁夏地区，以战国秦昭王时修筑的长城为最早，其遗址在今西吉、固原县还有遗存。秦始皇统一六国以后，在连接战国燕、赵、秦三国北方长城的基础上，修筑起了西起甘肃临洮，沿黄河，抵阴山，东至辽宁，延袤万余里的长城。这条长城，有人认为在宁夏大致是沿黄河循贺兰山东北，和内蒙古的狼山西端相接，但今已难于觅见其遗迹了。此次修筑长城的背景，是秦始皇于始皇三十二年（公元前215年），派大将蒙恬率30万大军北击匈奴，一举夺回河套地区以及今甘肃以南大片土地，沿河“筑四十四县城”，于今长城北筑浑坏障，是否于此筑长城，历来有争论。
在我国长城修筑史上，明代长城可以说是达到了最高峰。
长城上最基本的防守单位是敌台和墙台。据记载，一座墙台14人把守，4人守台，其余10人分为2班守垛，每班5人，故班又称作“伍”，每伍设垛长1人。墙台上配有佛朗机3架，每架子镜9门。蔺石（滚石）备足。旗、木梆、锣、鼓各1个，粮食给足1个月。一座敌台配守兵60人，30人守台，设台长1人，其余30人分6个班（伍）守垛口，每伍设垛长1人。每座敌台上配有8架佛朗机，每架子镜9门。神枪12根，每根配神箭38枝，火药150公斤，大小蔺石备足。号旗、木梆、锣、鼓各1个，粮食也储备1个月。木梆是夜晚报平安敲打用的，擂鼓为进攻，击锣表示撤退。另外，隆庆三年（公元1569年），蓟镇等处的军事长官曾议定了一条长城的用兵原则，叫做“区别缓冲，计垛授兵”。一般情况下，一个垛口一个兵，但也不尽然，有些长城地段较为陡峭，不易登攀，易守难攻，兵员布置相对就少一些。而有些地段地势较为平缓，易于被敌人攻破，兵力部署相对多一些。有些重要关口，配置人员也比较多，每垛可达5人。然后视其重要程度，适当酌减。
敌台，在明代长城上，根据地形地势隔不远就设置一个敌台，也叫敌楼。一般是在高出城墙之上用砖砌成的方形墩台，2～3层不等，四面的垛墙上均开有垛口。敌台上面，中间修有船形小屋，名曰楼橹。敌台和楼橹里面，可以驻兵以避风雨，也可存粮和储藏武器，以备不时之需。敌台是明代抗倭名将戚继光于16世纪后半期创建的。《明史·戚继光列传》载，戚继光建议“令戍卒画地受工，先建千二百座”。这1200座敌台只是山海关至北京居庸关一段，如果把万余里长城上的敌台数目加起来，那数量是相当可观的。
墙台，是突出于城墙之外的台子，上小下大，略似马脸，所以又叫马面。墙台的外侧和左右两侧砌有垛口，台上建有房屋，称为铺房。铺房使“兵夫得以安身，火器得蔽风雨”。墙台的防御作用是很大的，因“城墙正面不便俯视，恐其矢弹正面对攻，不敢眺望”。如果敌人进逼城下，城上将士若探身伸头射杀敌人，也容易遭受对方射击。若有了突出城墙的城台，进逼城墙脚下的登城者，就会遭到左右城台上的射击。而使登城无法进行，所以墙台距离一般均在两个墙台能够控制的射程之内。
长城上的敌台和墙台，只能容纳很少的兵士，平时只是起到站岗放哨、遮风避雨的作用。真正有紧急情况，临时从远处调兵遣将恐难解燃眉之急。因此，在长城内侧沿线还建有许多城堡，实际上就是兵营。这些城堡根据此段长城的位置重要与否而有大小之分，但都建在长城附近，与长城构成掎角之势，一旦有急，招之即来。另外，长城沿线还筑有许多烽火台（明代也称烟墩），所以常有“五里一墩，十里一堡”的说法。烽火台是报警的通讯设施，城堡是屯兵以备战之用。
明代万里长城的修筑，有一个共同的突出特点，即因地制宜，就地取材。如：八达岭长城，皆就地取用石料，城墙均用条石或大砖砌筑；嘉峪关长城，除了城楼、墩台和垛口的边角用砖包砌之外，其余则全部用黄土筑成；山海关至鸭绿江一段的长城，用土石垒成，上插柳条，称为“柳条边”。此外，在沙漠地区修筑长城，则是利用沙漠中生长的红柳枝、芦苇掺拌胶泥。沙石相间夯筑，倾圮后的土垄还相当坚硬，至今用锹镐也很难挖动；在戈壁滩地修筑长城，土坯中也夹有芦苇，或者掺有芦叶、芦根等；盐碱地带修筑的长城，在城墙中间每隔不远的地方，就插有几根木柱，然后用芦苇、红柳枝条加碱土夯筑而成。明代修筑长城，在总结前代经验的基础上，在地形选择、材料使用、城墙构造以及工程技术等方面，都有很大的进步。
分布在宁夏西北部的明代长城，多修筑于贺兰山沿山与靠近黄河的交通要冲。在宁夏南部山区，也是沿山傍溪，筑墙立营，因地形而扼险据要。在天险可凭的黄河以东，横城至花马池（盐池）一带，地势平坦，又是据敌的要冲，就修挖“深沟高垒”，驻以重兵进行防御。“深沟高垒”就是在地势平坦的地带修筑长城，除夯筑墙之外，还在城墙外挑挖宽大的壕沟，或者挖设“品”字形的深坑，彼此相连。在长达380里的东长城外侧，就沿长城挖了4万多个“品”字坑。这样，即使敌兵临城下，也无法接近墙身。城墙之上还没有敌台、墙台。在一般的往来通道上设暗门。于重要的交通隘口，修筑高大的关门城楼。关门外侧筑有瓮城，内侧筑有关墙。
也有关城与长城连为一体的。同心县下马关城修建于阻挡河套之敌南下的交通要道，关城的北墙就是边墙，城门也就是长城的关门。在高山峻岭间、人马不能逾越的地段，一般是依仗自然天险，不再修筑城墙，只在有些地方做些许铲削。山势较为平漫或者人马可以通行的沟谷，多是选择可利用的山冈筑城墙，并将城墙的外侧山坡削成陡壁，城墙内侧比较低缓；遇到重要山谷通道时，往往就地势修成几道矮墙。
宁夏长城的结构，以土筑为主，只有贺兰山北端的个别地方，就地取用块石砌筑。红果儿沟的一段石砌墙段，墙身用石块石条砌成，内部填满沙土和碎石块，非常坚实，但这种墙段一般都比较低矮。还有的地方用石块砌墙基，墙身用黄土分层夯筑。大武口镇以西的贺兰山韭菜沟，在沟岸东北石质山梁上的城段，由三部分组成，墙基底部将山冈凿成石壁，内部堑山1～2米，外部凿成陡壁10余米。在凿壁的山冈之上，用石料垒筑50～100厘米。石砌之上又用沙砾掺土夯筑高1～2米。从内侧缓平的山坡登上城墙，俯瞰外侧山谷，令人头晕目眩。
在长城上每隔1～2米处就有一个凸出墙外的台子，称墙台或敌台。这在古代军事建筑上是很有讲究的。一旦敌人兵临城下，发动攻城近战，墙上射击已无法控制。这时，守城兵一方面可以从台上垛口居高临下进行侧翼射击，控制来敌架梯攻城，另一方面又可以指挥墙顶的兵力迎击敌人。这是旁敲侧击，“两台相应，左右相救”的兵法在军事工程上的运用。这种台子突出墙面10米，基宽也在10米左右，可分墙台和敌台两种。
墙台台顶与城墙顶部平行，没有高出墙面，既有供军土巡逻放哨的地方，又有遮风避雨的简单房屋。“每墩盖铺房一座，以为守军栖止”，所以称为“墩铺”或“跨墙墩台”。
敌台与墙台所不同的是不仅突出于长城城墙之外，而且高于城墙之上。平地上的长城敌台，一般呈圆形，高出城墙顶部3～4米；山巅深谷上的敌台，一般亦呈圆形，高出城墙顶部6～8米，模样近似现代的碉堡。戚继光在《练兵实记杂记》中对敌台的形制、作用、造法及建制作了说明。高3～4丈，周围阔12丈。凡冲处10余步或100步一台，缓处40余步或200余步为一台。两台相应，左右相救，骑墙而上。宁夏境内的敌台，今多已倾圮不堪，仅可看到突出长城的墙面。
宁夏境内的烽火台遗迹触目皆是，基本是2.5公里一墩，遍布山川。修筑墩台用的材料，是用黄土夯筑或石块砌成。大都修筑在高山险绝之处，山地则修筑在高地之上，也有修筑在交通要道之侧，或建在长城城墙上的。在宁夏北境与内蒙古交界地带的落石滩，有处明代的烽火台遗迹，已北去边墙25公里。这座烽火墩修筑在落石滩火车站西面的高阜上，四壁砌石，中间以沙石夯筑。
为了加强长城沿线的守备力量，明代在长城内侧还修筑了不少关城（关城也叫关口，隘口或关隘。它是长城沿线的重要据点，通常设在交通要冲，并有几道关墙，设置关门等，扼守着出入长城的咽喉要道）与城堡，并派驻军把守，成为管辖调遣附近长城及烽火台戍卒和部署军事行动的指挥所。
沿着交通干线修筑墩台，以同心县境内的墩台遗迹最为明显。下马关是“固原旧边”扼守交通要隘的一座关口。由下马关北去韦州城基本是2.5公里设置一墩，由南而北直线连接，计有7座墩台，全部用黄土夯筑而成。这些墩台四周均有坞墙，墩台坐落于坞墙之中，虽然损坏不一，但仍能看出建造形式相同。修筑在下马关以南15公里打拉池山头上的墩台，周围有三重院墙，外侧挑有堑壕。
总体而言，在科学技术应用方面，明代的长城体现了因地制宜的特点。如在修筑东边墙时，凡沙漠平漫之处，基本弃而不修。在萌城（盐池）诸处又“量度形势，浚壕筑墙”。在灵州、兴武营等又“相度地形，斩崖挑堑”。在河堰处改筑石墙，以便防止洪水冲刷。在修筑固原内边时，“或挑筑壕墙，或铲削山崖”。在修筑北边墙时，沿贺兰县处也用石头砌筑而成。边墙的附属建筑有墩台、坞城，使边墙、墩台、坞城连为一体。边墙上建有墙台、敌台等，不仅凸出城墙之处，而且还高于城墙之上，有方形、圆形之分，集瞭望、巡逻、储蓄、居住、守护为一体，属多功能战备设施。
据史料记载，灵武境内曾修过两道长城，一为隋长城，一为明长城，全部用黄土夯筑而成。据《隋书·崔仲芳传》记载：隋文帝开皇五年（公元585年）“使司农少卿崔仲芳，发丁三万于朔方灵武筑长城。西距河，东至绥德，绵延350公里，以遏胡寇。”明代朝廷为防御鞑靼、瓦剌诸部侵扰，在隋长城的基础上大规模修筑长城。明代长城被称为“边墙”。史载：成化八年（公元1472年）由巡抚、右副御史余子龙倡修。成化十年（公元1474年）王越总制延绥、甘肃、宁夏三边，在其敦促下闰六月又在宁夏巡抚徐廷章，总兵范谨主持下，初步完成长城全线连接工程。成化十年十月宁夏灵州地震，边墙倒塌十有一二。成化十五年（公元1479年）又自横城黄河岸至花马池修补和加高加厚并改筑部分地段。弘治年间，宁夏巡抚张祯叔、王珣先后于墙外挖“品”字形坑44000多眼，以防敌骑靠近边墙。其中红山堡黑水沟一带，堑深广皆二丈。正德元年（公元1506年）巡视夏、绥官员提出改建河东墙，旋即三边总制杨一清又请准重修。嘉靖十年（公元1531年）由三边总制王琼负责，西起黄河岸横城，东至花马池改置“深沟高垒”，全长180公里。原边墙兴武营以东弃之，于南5公里增筑新墙一道，长27公里，称“头道边”，旧墙为“二道边”。明长城与相邻的一些屯兵城堡构筑起抵御外族入侵的有效军事防御体系，在当时军事防御上起到很大的作用，以红山堡为例，在这里长城、屯兵城堡和藏兵洞三位一体形成可攻、可守、可躲的立体军事防御体系，这是中国古代军事防御体系中的一大创举。而灵武明长城，则建成于公元1474年，西起横城北黄河岸边，向东南绵延，经水洞沟、红山堡、清水营古堡等地穿越市境，经盐池县至陕西定边周台子乡，全长200余公里，灵武境内长45公里，自西向东横贯临河镇、宁东镇，出马家滩镇进入盐池县境内，历史上一直被称为“河东墙”，又称“东大边”或“横城大边”。
在我国长城防御体系中，以城墙、城堡和地下藏兵洞紧密相连的军用工事仅水洞沟一处。水洞沟红山堡明长城是为防止鞑靼和瓦剌入侵修筑的，筑城时取黄河水，长城及其设施筑成后，呈现紫色，所以有“紫塞”之称。“紫塞”似巨龙蜿蜒起伏，蔚为壮观。