1920年12月16日（农历庚申年十一月初七）20时06分09秒，在甘肃海原地区（今属宁夏）发生了一场震级为8.5级、极震区烈度为11至12度的罕见大地震。全世界96个地震台全部记录到这次大地震，地震的面波绕地球两圈，时称“环球大震”。这是我国有史记载以来最强烈的一次震灾，也是世界上最大的地震之一。
这次地震的极震区，西起黄河西岸，从甘肃景泰县的兴泉堡，经靖远县的水泉进入今宁夏的海原县，经干盐池、西安州至海原县城附近的油房院，尔后折向东南，经李俊堡终止于固原市的硝河，全长220公里。震中位置在海原县的干盐池、西安州一带，中心烈度为12度，面积达2万多平方公里；极震区内边缘地区为固原、隆德、静宁、通渭、会宁、靖远6县，烈度10度以上，面积为10万平方公里；烈度8度以上的波及陕西西部，共48县，约为20余万平方公里。这次地震有感面积更大，约为400万平方公里，除西北各省外，山西、内蒙古、河北、河南、四川、湖北、安徽、江苏、福建和北京、天津、上海及香港等均有强弱不同的震感。据记载，地震时，北京“电灯摇动，令人头晕目眩”，上海“时钟停摆，悬灯摇晃”，广州“掉灰泥片”，汕头“客轮荡动”，香港“大多数人感觉地震”，甚至在越南海防附近的观象台上也有“时钟停摆的现象”。这次地震的震级、烈度、灾难等在世界地震史上留下了重大影响。
这天20时，海原县的人们像往常一样，吃过晚饭后，有的睡了，有的在屋外干些杂活，妇女们在油灯下给丈夫和孩子缝补着衣服，大地一片死寂，偶尔传来几声犬吠声。突然间，人们感觉到大地剧烈地抖动起来，随即而来的是地动山摇的晃动，狂风大作，黑雾弥漫，天际红光闪现，地下声响如雷。“山峰在夜幕下移动，山崩如瀑布一泻而下，巨大的地裂吞没了房屋、驼队，村庄在一片起伏松软的土海中消失得无影无踪……”。
国际饥饿救济协会的U。克劳斯、E。麦克考尔的调查报告———《在山走动的地方———1920年甘肃大地震》中，对地震作了这样的描述：
“突然间，他们听见了来自地下的怒吼，同时感觉到大地剧烈地抖动。他们一会儿被抛向东北方向，猛然间又被颠回到西南方，就这样大约持续了半分钟。”
“天刚蒙蒙亮，他们爬出来时，发现了巨大的山体滑坡，吞噬了无数的村庄，覆盖了肥沃的平原以及谷地，淤塞了河道，山谷变成了湖泊。大山在一夜之间移到了其他地方，当时的人们被这突兀的地震惊呆了，他们惊奇地叫道：‘山走了！’”
“一座顶上有个庙宇的大山滑到了一条山谷里。一位受惊的农民在清晨透过窗户发现一座高高的小山移到了他家所在地，而且这种移动只是在离他家小屋不远几码处才停止。”
据海原县干盐池一位亲身经历过这次大地震的老人回忆，地震前夕，他正在街上走，突然感到有人将他猛推一把，当即跌倒在地，昏了过去，待清醒后大吃一惊，街道两旁的房屋化作一片瓦砾，尘埃蔽天，全城死一般寂静。海原县盐池乡老城村76岁的马登奎说：“我听外爷说他晚上在庙里正看戏，就听见啪嗒啪嗒的响声，神像从座位上倒了下来，结果那晚大地震，把这城里住窑洞没有出来的人都砸死了。我外奶奶住的窑洞的炕被闪开了一个缝子，炕里还燃着火，外奶奶的大腿就对着火缝子上，火把她的大腿烧掉了，最后活活把外奶奶烧死……”
在海原县西安州附近，有人见到屋顶突然整体被抛到院中，屋里的人又被抛到落在地面的屋顶上。还有人亲眼看到打场的石碾子从地面抛起约一人多高，有的落下来后将牛砸死。还有一个关于固原“寺口子河”的传说也与这次大地震有关。出固原县城，沿清水河向北，然后折而向西，便是寺口子河。这是清水河的支流。据有人传说：“1920年海原大地震，那两座山合在了一处，正好一个人赶着驴车经过，他跑出来了，一头驴、老婆和两个孩子全合在里边，那人就喊，‘四口子呀四口子呀！’这河就被他喊成了‘寺（四）口子河’。”当然这只是一种传说，但在这次大地震中，两座山合在一处的灾难是发生过的。据海原县西安乡下小河村91岁的董善征老人回忆说：“万节水的那山合了，两个山合到一起了，羊、人啥都没有了。”
这次地震造成了规模巨大、数量极多的滑坡、地裂和崩塌，使这一带山川地貌大大改变了模样。大小不等的滑坡体，将河流分段堵截，形成了一系列串珠般的堰塞湖，其中西吉县苏堡乡党家岔堰塞湖是现今遗留下来的最大的一个，其湖长达5公里，宽约250米。海原县处于极震区的腹地，地震引起的地形变化也是极其严重的，干盐池盆地南部升高，使盐湖迁移1公里之远。地裂缝和崩塌、滑坡到处皆是。平地裂缝多有泉涌，其色或绿或黑。山崩壅塞河流，积水深30多米，长二三公里，宽3米多，水倒流。海原县城以南李俊堡附近的蒿艾里，发生了规模罕见的大滑坡，滑坡体宽800余米，自南山滑下，旋而复上，直逼河对岸山坡中部，将下方的清水河堵塞，积水成湖，河水积淤数里，深约十余丈。巨大的滑坡体将路基推移了1.5公里，并掩埋了一个村庄。地震造成的地裂缝比比皆是，这些地裂缝长短不等，深浅各异，大者长数百米，宽达10余米，深莫能测，人畜不能过，还有多处出现了一边下降，一边上升，相对高差达1米的地震陡坡。
海原大地震后，余震活动非常强烈，就在大地震当晚，发生的有感余震就达数十次之多。大震发生后的第9天，在海原震中西边的甘肃打拉池一带又发生了一次7级强余震。以后逐日有余震，大大小小断断续续的地震活动一直持续到1923年9月，持续时间长达3年，仅5级以上的余震就发生过6次。劫后余生的人们，一日数惊，人心惶恐达于极点。据当时《中国民报》报道和各县地方志记载，重灾区海原县几乎全城覆没，死亡73604人，牲畜被压毙41683头，伤残2854头，倒塌房屋26912间，窑洞26698孔；固原县死亡36176人，牲畜被压毙6万余头；隆德县死亡21732人，牲畜被压毙5万余头。宁夏8县死亡人数也达到3000多人。
海原大地震时，正值隆冬腊月，震后第二天，当地狂风大作、飞沙走石，继而是大雪纷飞，天地寒彻。据当时《地学杂志·陕西地震纪略》一文报道，大震后灾区人民“无衣、无食、无住，流离惨状，目不忍睹，耳不忍闻。人们多依火炕取暖，衣被素薄，一日失所，复值严风，忍冻忍饥，瑟瑟露宿，匍匐扶伤，哭声遍野，不特饿殍，亦将僵毙。牲畜死亡散失，狼狗亦群出吃人……”震后3个月，仍有未掩埋的尸体。
大震后，灾区各地纷纷向省政府告急求援。地瘠民贫的甘肃根本无法应付这突然发生的灾难，震后第25天，甘肃省长、督军张广建和议长王世相代表全省官吏绅民向全国通电，呼吁北京政府和社会各界紧急援助。甘肃省成立筹赈公所，专事集募。但当时的中国正处于军阀混战时期，国力匮乏。北京政府面对奇灾浩劫竟茫然无措，唯独以总统徐世昌之名捐洋1万元。因没有采取及时有力的救灾措施，致使灾情进一步加重。面对这一情况，甘肃旅京人员和学生一再呼吁，要求救济灾民，震后第70天，他们仍在《中国民报》上发表文章要求政府救济，并抨击当时无任何救助措施的北京政府。旅京甘肃同乡会组织了甘肃赈灾救济会，向社会各界求告，包括向军政要人黎元洪、曹锟、张作霖等84人呼吁慨施捐助。赈灾救济会从1921年1月到12月整整1年时间，向全国各省发出募捐函件390件，发电报210件，但反馈信仅100件，反馈电报仅20余件，只收到捐款3.1万元大洋，如此结果，令人心寒。这次特大地震由于当局缺乏有力的救助措施，致使人民惨苦万分。
