拓跋焘进攻夏国的部署，是分兵两路。一路攻长安，一路趋统万。始光三年九月，拓跋焘命司空奚斤等人率四万余人袭浦坂(今山西永济县西蒲州镇)，目的是指向长安。而10月，拓跋焘亲自率主力进攻统万。11月，奚斤一路尚未至浦坂，夏守将赫连乙升即弃城西逃长安。奚斤轻取浦坂后，进抵长安，夏长安守将赫连昌、弟赫连助兴即与乙升等弃长安西奔安定(今甘肃泾川县北)。12月，奚斤占领长安。而拓跋焘进攻统万，却因城池结构独特，易守难攻，再加驻守严密，竟久攻不克。
拓跋焘享有九五之尊，竟连小小统万城都攻而不克，不免气急败坏，于是只得率兵自统万城返回平城，休养生息，伺机再攻。拓跋焘返回干城不久，就听说赫连昌遣平原公赫连定率二万兵力往攻长安，于是便下令伐木于阴山(今属内蒙古)，大造攻具，再谋攻伐统万。
始光四年(427年)3月，拓跋焘命高凉王拓跋礼镇守长安，又命执金吾桓贷于君子津(今内蒙古准格尔旗东北)造桥。4月，魏司空奚斤与赫连定相峙于长安；魏帝欲乘虚袭击统万。
拓跋焘先命司徒长孙翰等率3万骑兵为前驱，又令常山王拓跋素等率步兵3万作后继，南阳王伏真等率步兵3万运送攻具，另以将军贺多罗率精骑3000居前作候骑，充任前哨。
5月，魏帝留下龙骧将军陆俟督诸军以防柔然，自率军从平城出发，经君子津过黄河，至拔邻山(今内蒙古准格尔旗境)筑城，留下辎重，以轻骑3万开道先行。
统万城固若金汤，前有久攻不克的教训，如今仅凭轻军前往，势必会重蹈覆辙，大败而归。所以，魏帝的行动计划引起群臣质疑。但魏帝却认为，正因为统万城固若金汤，所以强攻未必能赢，只有以计夺城。他的计划是：“夏见我仅有轻骑，意必懈怠，我军示弱诱之出战，再以死力与之决战，定可胜。”
6月，拓跋焘率轻兵来到统万城外，兵力分散埋伏于深谷，只以少数部众进抵城下诱战。赫连昌得知魏兵已临城下，打算待赫连定从长安率兵来援，然后内外夹击，所以下令闭城坚守。
魏帝看统万城门紧闭，担心夏军不出战，便假佯退军，以示弱，另派5000骑兵掠扰西郊居民。
正在这时，魏有军士因犯罪而逃到大夏，对夏国说，魏军已没有备粮，后继的步兵也没有到，兵力弱不堪击。
赫连昌信以为真，大开城门，率步骑3万出击。魏帝一看城门已开，便佯装收兵逃遁，以引出夏军出城，造成统万城内空虚。
统万城由宫城、内城和外廓城三部分组成，不但固若金汤而且格局极为讲究，体现了魏晋时代的建筑风格。经过15个世纪的风雨洗礼，统万域的白色城垣和角楼残迹依旧轮廓毕现，护城河也隐约可见。
夏军分成两路追击，让拓跋焘颇为慌乱。因为其时风雨交加，飞沙蔽天，魏军逆风而战，自然有些力不从心。有人建议收兵避风，遭到大臣崔浩的反对。崔浩建议骑兵兵分两路，夹击夏军。此计果然成功，夏军大败，夏主赫连昌不及入城，逃奔上邦(今甘肃天水)。
被称为“固若金汤”的统万城终于被魏军以计谋轻取。拓跋焘率军进城后，俘夏王、公、卿、将、校及后妃、宫人等以万数；又获马30余万匹、牛羊数千万头，府库珍宝、器物更是不计其数。此时，与魏军相峙于长安的赫连定得报统万城已被攻破，放弃长安，也急忙逃奔上邦。魏帝率军东还，以拓跋素为征南大将军，与桓贷、莫云留守统万。
统万历经辉煌和磨难，成为中国历史的一个见证。可1600多年来，由于不断被荒沙围困，它深陷于毛乌素沙漠之中，几乎被完全淹没，也几乎从人们的记忆中消失了。
人类建筑悬案
统万城在当地也称作白城子，依地势而筑，西北高东南低，既防冬天的寒风，又顺势利用城北的河水为城内用水和城外护城河供水，构思十分精巧。它之所以固若金汤也是因为城市这种特殊的结构。
这个不大的城市由宫城、内城和外廓城三部分组成。城墙外围还有35座敌楼拱卫。内城东西492米，南北527米，总面积26万平方米；城墙高10米，四角都有墩楼(最高30余米)。外城更为高大，城基厚近30米，高约18米；南门叫朝宋，西门叫服凉，东门叫招魏，北门叫平朔，均设瓮城。陶渊明出身于破落官僚家庭，曾祖陶侃是东晋的开国元勋，祖父、父亲均作过太守。外祖父孟嘉曾任征西大将军桓温的长史，但到陶渊明出生时，家通已衰落。陶渊明29岁，为谋出路，先作江州祭酒，又作荆州刺史桓玄的僚佐，40岁时出任镇军将军刘裕的参军，一年后分道杨镳。有传说他辞官前曾到过统万城。
筑城的用料十分讲究，用土都经过蒸熟，再用糯米汁、白粉土、沙子和熟石灰掺和在一起，筑成后以铁锥刺土检验质量。内城王宫的宫墙也用熟蒸土夯成，坚可磨刀斧。虽为土城，但具有石头一样坚硬的质地和抗毁力。而宫内楼台馆舍相连，殿阁宏伟，雕梁画柱，极尽豪华，不亚于中原都城。
此外有的城墙之中设有存储粮秣、武器等库房，城墙四隅的角楼皆高于城垣，西南隅角楼更高达316米，这在世界筑城史上非常罕见。
当时参加筑城的人超过10万，但有数千人因施工过程玩忽职守而遭杀害。按照工艺要求，凡铁锥刺城，入墙一寸者，即属夯筑不合格，凡刺不进去，即属有意包庇。施工不力者和包庇者都得遭到酷刑或杀戮。可以说，这座固若金汤的都城，是在一种极为残酷的威慑下建造起来的，城墙上涂满建筑者的鲜血。
经历了1500多年的风风雨雨的古城，当年固若金汤的一国都城，竟深深地陷进了沙漠之中，出现“黄沙渐远统万城”的局面，固然是此地的沙漠化导致的结果，但人们争论的分歧在于统万城是营建初就在沙漠中，还是后来陷人沙漠中的?它已成为一个悬案。
一种观点认为，统万城在营建之初，这里是一片水草丰美，景色宜人的好地方，根本没有流沙的影子。《水经注》上说，统万城是在汉代奢延县的基础上改建的王莽时，这里还设过奢延县，也就是说，当年此地是常设县的所在。
一点观点认为统万城当初就是建筑在沙漠之中。《水经注》的记载，奢延泽离奢延县不远，奢延县改筑为统万城，其西南是北魏的长泽县，长泽县正是从奢延泽而来，之所以叫长泽，是因为河流的出口被流沙堵塞形成长条形的湖泊。而赫连勃勃对于此地的赞美，恐怕是沙漠地区的自然现象，而不是草原地区的自然环境。
以上两种说法，依据同一材料作出不同的解释，而且不无道理。看来，要弄清统万城之谜不是件容易的事。若干年来，中国的考古、地质和历史研究人员对统万1500多年的变迁过程进行了分析和研究，已取得成绩。
中国古都学会会长、陕西师范大学教授朱士光曾多次在统万遗址实地考察。他认为，统万城的再发现不仅在中国民族史和考古史等方面具有巨大价值，在人地关系的生态学上也具有无与伦比的独特价值。在农耕文明与草原文明的交汇区，往往是游牧民族学习农耕文明中凿井、筑城等技术的关键地区，也是其向农耕文明过渡的地区。
朱士光从统万城的遗址上也看到了在中国北方驰骋了10个世纪又消失了15个世纪的匈奴民族的历史风尘。这个在公元前4世纪至5世纪不可一世的强悍民族，一直是中原地区的最大威胁，但随着汉匈和亲和交往的频繁，匈奴人进入了长城内，矛盾逐渐得到了化解。这个民族在南北朝以后的消失是个谜。
另一位对统万怀有浓厚兴趣的学者戴应新从统万城的废墟上也看到了匈奴的伟大与强悍，并且看到当年匈奴人与汉人的文化和贸易上的密切联系。他说，由于处于奴隶社会阶段，匈奴在经济文化和社会制度等方面皆落后于中原，必须依靠中原的贸易场所——“关市”来实现社会经济的发展，战争年代也不例外。同时，匈奴也受到汉族文化的强烈影响，尤其是与汉族毗连的地区，汉族的绸缎和手工艺品逐渐成为一般匈奴族人日常生活的重要部分。而开始建筑城市，也是在和汉族打交道的过程中慢慢学会的，但其主要设计人员和技术人员仍依仗汉人。统万城也是在汉族知识分子的直接帮助下建成的。
由于历史上基本无匈奴民族的详细文献资料，统万城的发现和挖掘将对掀开匈奴神秘面纱提供珍贵的历史资料。