老牛湾堡的建筑要比它身边的长城晚上一百多年。《山西通志》载：老牛湾堡北至边墙一里，是所谓偏头关所属头道边，因建筑在河滩之上，被黄河冲刷废毁。“明成化三年(1467年)总兵王玺筑墙，崇祯九年(1636年)兵备卢友竹建堡。”堡周一百二十丈，高三丈九尺。
堡外百丈悬崖顶部，有一座砖石空心城楼，这就是史书上录有名讳的老牛湾墩，当地人又称之为望河楼、护水楼。这一砖砌敌楼，楼南有一门，门额上有匾，阴刻楷书“老牛湾墩”四大字，并有题头和署款等小字，只可辨出“万历岁丁丑夏”，即明万历二十五年(1597年)，墩高12米，上设堞口，通过楼南中部的门洞可进入墩内，墩体正面有供士兵上下的绳梯和通道，可直接眺望黄河对岸的动静。
现而今，烽墩既废，里面放置着老牛湾村民为来年准备的粮种和备好的柴禾，但是，这座保存完好的墩台保留着几百年前威武凛然的姿势，像一位赳赳武夫，在黄河边守护了十几万个日日夜夜，将我们带回到久远的从前，去体会当年金戈铁马烽火狼烟的情景。老牛湾由这座长城的敌楼守护着，具有了一种苍凉而古朴的魅力。
老牛湾堡东接大同镇滑石堡，西临黄河岸，首当西北之冲。清代，这座堡寨的军事防御功能逐渐减弱，世俗化的生活场景很快进入壁垒森严的军营，现在，城堡尽管已经残破不堪，但城堡旧有的规制俨然。这座不大的城堡之内只有南门，南门外还有瓮城，由瓮城入南门，迎面一座石砌影壁，影壁后面，观音阁和关帝庙分列左右，面南背北。寺庙建筑残破，内中供有小型的观音和关公神像，墙上有壁画，案前有香火遗存。堡中还有一座“诸神庙”，残存有彩绘诸神影像。绕过庙堂，一条窄小的街衢隐然可辨，青石板街道两旁房屋的窗户上至今还挂着不知何年何月的铺板，显然，这是过去的生意店面。
在明代，老牛湾堡属偏头关直接管辖，常年设守备一员，兵丁150名镇守，即便清代边备废弛，仍设一名把总领40名兵丁驻防。
老牛湾堡内的所有建筑和生活用品几乎都与石头有关，石窑石屋石墙石院高低错落随形而就，石碾石磨石杵石臼精致实用随处可见，庙门口的石人石马写实而逼真，就是住人的窑内用来储食的粮仓、置放杂物的柜子也是用薄薄的石板组合而成，更不必说窑前石檐低垂，墙后石碑仄立，炕头有石狮，院内置石锁，村北有石墩台，村南有石寨堡，堡城中的旗杆刁斗居然也是石雕而成。冷冰冰的石头被赋予不同的形制，在老牛湾守边将士后代们的手里突然有了生命。
老百姓并不知道，这种方形的敌楼建筑还与另外一个著名的人物联系在一起，这个人名叫戚继光。这些都是在隆庆五年(1571年)明王朝与蒙古诸部议和，批准了通贡互市。为加强长城防御线的防务，调原两广总督谭纶和福建总兵戚继光先后到北方。戚继光到任后，整饬边备，完善长城防御，其主要措施是在长城上骑墙建筑大量的空心敌楼。这样的敌楼就是戚继光亲手设计的，集防守、屯兵、烽燧功能于一体，这样的建筑多建于明万历中后期。
清代偏头关乡贡，编纂《偏关县志》的卢承业曾著诗咏《偏关十景》，其中一首就是关于老牛湾的：“关西形势若崤函，北塞天横折向南。岩戍飞楼悬壮剑，河翻浪雪点幽潭。花飘蝶影惊鱼穴，风送涛声破乌庵。相接云峰传八阵，筹边人至把兵谈。”
“相接云峰传八阵，筹边人至把兵谈”，军情紧急，前来筹划边事的将士席不暇暖，手握兵器站立在老牛湾墩台之上谈论对敌方略。明代“隆庆议和”之后，明朝政府在 清水河县红门口设通市，准许蒙古部族与内地进行贸易往来，议定每年互市一次，蒙古人用牛羊牲畜换回粮食、布匹，这样，老牛湾逐渐形成渡口。
清军入关，边备废弛，大部分守军就地屯垦，转营他业，老牛湾便成为内地货物进入内蒙古的必经之路，渡口达到极盛。
偏头关长城沿线各堡寨，从兴建开始的明成化年，一直到明衰亡的崇祯年，发生过大大小小几十次战事，但规模都不是太大，一来它在冷兵器时代的军事威慑作用非常有效，二来凭借着两岸险峻山峰，草原骑兵根本没有施展本领的空间。
老牛堡下游万家寨库区，傍边墙有一座石砌营垒，便是万家寨老村，曾是明代兵部右侍郎、蓟辽总督万世德的故乡。清军入关，其子响应大同总兵姜起义抗清，与多尔衮激战数月兵败。清军踏破偏头关，横扫义军，万家老夫人命家人在街巷之内遍挂大蒜，以逼异族腥臊之气，然后一把大火将宅第焚毁。逃出的男丁踏冰过河，一直到达今天内蒙古乌拉特后旗的狼山一带，是内地第一代“走西口”移民。
历史常常如此诡异，防卫外侵的长城，常常先从内里溃败。平静的老牛湾，可曾记得堡上堡下曾经的刀光血影、震天杀声？
