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。
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，雕梁画栋，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31.6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，还是后来陷入沙漠中的?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。
一种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。
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