牛心堆在曼头山东南方向，湟水和黄河中间的位置，距曼头城近两百里，因附近一条河流名牛心川而得名。
从牛心堆到曼头山间，地势还算平坦，但牛心堆面对鄯州方向，有高大的拉脊山耸立着，此是吐谷浑人抵御唐军攻击的一道天然屏障，吐谷浑人在此筑有军营，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。
以吐谷浑人的估计，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了大量精锐的军队驻守。
牛心堆因从地理位置上更接近鄯州，兵力配置也是很多，三万多人的吐谷浑大军聚集在这一带。
出乎吐谷浑人的意外，唐军用极快的速度攻占库山，面对放火烧毁牧草的举动，没有停留，即快速南下，以精锐的骑兵击溃曼头山的守军，并迅速占领，唐军的主力部队也是随后跟进抵达，抄了牛心堆吐谷浑人的后路。
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人向西逃的退路。
在李业诩所部攻占曼头山后不久，薛万彻和薛万均兄弟即率部抵达这里，傍晚时分，李靖率领其余各部也抵达曼头山。
为了不让牛心堆之吐谷浑人西逃，李靖所部都是轻装急行军而来。
在结束曼头山战役后，李业诩命令所部抓紧时间休整，为接下来的聚歼牛心堆之敌做准备。
特卫及契苾何力部，高强度的急行军及冲杀下来，已经没有体力继续追击逃跑的慕容伏允，李业诩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，慕容伏允的残部也是没这么容易逃脱的。
牛心堆的吐谷浑人探知唐军攻击曼头山后，马上倾巢出动，想趁唐军立足未稳之时，集中优势兵力消灭疲乏的唐军，并趁机西逃。库山和曼头山两地的惨败，已经让知道消息的牛心堆吐谷浑人心惊胆战，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的族人一样悲惨。
只是吐谷浑人得到的情报还是慢了好几拍，其大部队还未行进到一半路程，李靖所率的大军也已经抵达这一带，等着吐谷浑人。
从牛心堆出发的吐谷浑人在侦知唐军的行踪后，马上停下了行进的脚步，不知是否是吐谷浑人怕中了唐军伏击，率部回缩，背倚着几处山坡前停了下来。
李靖所部快速推进，在离吐谷浑人三十里地左右停了下来，安营休整，并不急着进攻。
一个夜晚，唐军不断地派出小股的骑兵袭扰吐谷浑人，而大部队则轮流休息。面对不断袭扰的唐军小股部队，吐谷浑人整个晚上都是处于高度紧张中，又不敢趁夜进击，待第二天天明后，才又缓缓地向前推进，准备与唐军决一死战。
面对没有退路的牛心堆吐谷浑之敌，李靖和所部的唐军将领都知道，这将会是一场恶战。
双方人数基本相当，三万多吐谷浑人全部是骑兵，唐军所部也是三余万人，但只有约两万的骑兵，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李业诩部和契苾何力部刚刚结束曼头山之战，疲乏之极，极需休整。
但有一点吐谷浑人无法比及的是，唐军连续几场大战的胜利，士气高涨，而吐谷浑人被唐军围截，又闻知连续几场败战，人心惶惶，士气低落。
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夜晚的李靖大帐内，还是灯火通明，李靖正召集诸将进行着战前的紧急军情商议，修正一些原先的布署。
曼头山的吐谷浑人已经被击溃，慕容伏允西逃，但这不是李靖最关心的事，段志玄部和李大亮部，会在远处等着溃逃的慕容伏允的。眼下最重要的，是消灭牛心堆的三万余吐谷浑人。
待一番密议后，诸将纷纷领命而去。
李靖只留下李业诩和契苾何力，“此战是一场正面对决的硬战，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，”李业诩和契苾何力用力吼了一声，领命而去。
军情过于紧急，李业诩部和契苾何力部只得到了短暂的休整，即要去执行更加艰巨的任务。
第二天天色未明时，李业诩所部和契苾何力部，即在几名熟悉这地方地形的特战队员带领下，出营而去。
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草原上的清晨，飘荡着一些雾气。
这是一片宽阔的草场地，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，却充满了杀戮之气，两支几万人的大军，即将在这儿进行厮杀。
两支队伍在相距约三里地都停了下来，摆开阵型，各自做好攻击和迎敌的准备。
唐军官兵此战最重要的任务是阻止吐谷浑人拼死的冲击，并全歼所面对的吐谷浑人。
在李靖的安排下，唐军已经做好了迎敌的准备。
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