藏兵洞，是红山堡守军由地上转入地下，隐蔽军队，保护自己，伺机出击，或在空旷处设伏兵的地道。这在全国是唯一保存最为完整的古代立体军事防御体系。在我国的长城防御体系中，有长城、城堡和地下藏兵洞紧密联系在一起的在全国还没有，这里是独一处。展现在大家眼前的藏兵洞是我国最早的地道战遗址和原型。如果说抗战时期，八路军和游击队的地道战能让敌人胆颤心惊，闻风丧胆，那么我们可以想象500多年前明代的边塞守军也是以同样的智慧和勇敢将侵略者挡在了长城之外。过去，藏兵洞由于没有开发，根本没有进洞游览的条件。人们只知道“藏兵洞”道路曲折，像迷宫一般，再加上洞顶坍塌，多处被土掩盖，洞内设有陷阱，可能还有蛇蝎盘踞，所以人们轻易不敢进洞。洞内到底是何情景，无人能说得清。这样，“藏兵洞”就成为一个十分神秘，令人望而生畏的去处。而今，藏兵洞部分已被开发，人们完全可以放心去领略它的神秘。
藏兵洞蜿蜒曲折于悬壁之中，上下相通，左右相连，洞中分叉颇多，左盘右旋，如迷宫一般许久不见尽头，若对洞内情况不熟悉很难走出去。洞中除洞道外，左右辟有土屋，可以住人，大约是专供领兵长官住的。洞内还设有粮食储藏室，有水井、灶房等，只要储藏够一定的食物，在相应的一段时间内，洞内所藏将士不出洞，照样可以生存。因藏兵洞高出沟底10多米，可以是不怕水淹的。多年来，即便发山洪，藏兵洞都不曾为水淹过。对于古人的智慧，真是令人叹为观止。
从2006年开始，对藏兵洞进行了保护性的清理、疏通。目前，供大家参观游览的藏兵洞长度是965米，清理面积约3200平方米，但这并不是全部。据考察，大峡谷南北两侧崖壁的藏兵洞总长度约3公里，尚待进一步清理。从目前已面世的情况来看，藏兵洞的结构可分为坑道、会议大厅、观察口、居室、储藏室、伙房、兵器库、炮台、水井、陷阱10个部分。
坑道，这是藏兵洞的主体，其作用是战时可用于军队调运、通行、出击或进入洞内，平时可作为兵士的休息住所。
会议大厅，主要用于聚众开会商议军机，研究，布置军事行动，进行作战部署等。
观察口，我们叫它观察口，其实它具有多功能的作用，既可作为守望口，用以观察洞外的动向，又是洞内通风透光的设备，同时在必要时，又可从这里出击。从洞口设施看，军士进洞后，这里可由不止一名士兵守卫，即便城障被围，敌方也很难攻进洞内。
居室，通道内在一定距离上设有一居室，大约是供指挥官员居住的，又可于此指挥所部。
储藏室，主要用于储藏粮食等食物，无论何种情况，军队撤入洞内，只要有足够的粮食，就可作一定时期内的坚守。
伙房，可用以准备熟食，巧妙的是，伙房对外设有烟囱，即便是煮食烧火，烟也可通过烟囱溢向洞外，绝不会在洞内停留而薰了自己人。
兵器库，大约主要是用于存放箭枝、弹药等，以备战时之用。
炮台，洞内于关键部位设置炮台，必要时可攻击来犯之敌，变被动防御为主动防御。明代，已不是单纯的冷兵器时代，洞内设有炮台，可使冷热兵器配合使用，其威力大增。
水井，这可以说是洞内守军的生命线，若没有水，存活尚且不易，还谈得上坚守和出击吗？
陷阱，深约1丈，陷阱内多设鹿角。因洞内只容单人通行，一旦有进洞之敌，也只能单线跟进，再加上对洞内地形不熟，很容易落入陷阱的鹿角上，非死即伤。洞内守军守住陷阱的对面，有进洞之敌也很难通行。藏兵洞是明代边疆地区地上、地下相互配合守卫的立体作战实物设施。另外，藏兵洞洞壁上分布着不少小龛，这都是古人放置洞灯的地方，用以在洞内照亮。在小龛里不时发现一些破碎的陶器，当为油灯之属；在地上还捡到了不少明代碎片，应为明代洞内守军生活用品的残片。更重要的是在藏兵洞的兵器库和大厅里，还有古代的刀、枪、戟、佩剑、箭枝箭袋等兵器，再有头盔、盾牌等出土的军事器物。至于壁龛里所陈设的粮食、菜蔬类样品，都是清理藏兵洞时所得到的明代守军残留下的食物，距今已有近500年的历史。
2008年秋冬，水洞沟红山堡景区又发现了一段200多米长的洞道，洞口和藏兵洞相连。据当地老百姓介绍，在红山堡，进入藏兵洞的洞口有3个，现在发现的可能是第二个洞口。经初步清理，出土了很多铁蒺藜和一些尚未腐朽的木材，发现了3段大型陷阱坑，坑下有枯草和削尖了的长木桩。洞道地面铺有明代残砖，宽度为2.1～2.4米。还有一段平行的双洞道，每个洞道只有0.78米宽，仅可容一人通过。双洞道前，有笨重的木门之设。洞内布局，比现已开放的藏兵洞更为险要。经过近半年的清理加固，恢复了洞道内的原生场景，并添置了一些参与性项目，供游客通过时体会藏兵洞的奥秘所在。
藏兵洞的修建既独具匠心，那么到底起什么作用呢？明代鞑靼、瓦剌入居河套，灵州长城一线为明王朝在宁夏等地最北面的防守线，而红山堡一带地势平坦，便于敌骑大面积地展开，这一带就成为鞑靼等贵族率军南下的首攻之地。鞑靼等贵族串骑南下的目的，主要是掳掠人口、财物，他们得手后迅速退走。因此，他们什么时候入攻，什么时候退走，全由他们视情况而定。但明中叶以后，筑长城只是全天候的被动防守。鞑靼、瓦剌贵族数次由灵州至盐州间拆墙南下，寇掠灵州宁夏（今银川市）等，掳掠后退回北方。但几次拆墙南下，都不从红山堡入攻，大约红山堡有藏兵洞在内的立体防御工事发挥了很大作用。一是红山堡一旦被围，守军进入藏兵洞，使军事斗争转入地下，有生力量得以保存，敌骑很难攻下。守军进入藏兵洞坚守，等待援军的到来，这对闪击攻进，迅速掳掠后退走的敌骑显然不利。二是敌骑入攻时，所打开的缺口，定可作为自己的退路。而红山堡守军一旦进入藏兵洞，在敌骑退却时，仍可出奇兵袭击。敌骑一旦掳掠得手，必带着大批生获的人口、牲畜、牛羊等，绝不似来攻时那样轻便，再要由洞内守军阻击顺利北撤，绝非易事，也可能洞内守军和已到援军已在这里布下战阵，这时敌骑退回更加不易。大约诸如此类吧，鞑靼、瓦剌贵族数次南下，都不从红山堡攻入，可能跟藏兵洞在军事上的作用是分不开的。