牛頭城位于臨潭縣古戰鄉古戰村北，因城郭為倒梯形，前低后高、上寬下窄、型如牛頭，故名。該城憑山而筑、依山而建，形勢險要。整個城分前城、后城兩部分，長1155米，最寬處245米，最窄處45米，周長1300余米。現城墻多坍塌傾圮，只留城跡和烽燧，惟東南一段保存較為完好。
西晉永嘉末（公元313年），吐谷渾（北方少數民族之一的鮮卑族慕容氏族吐谷渾部落）占據洮州今舊城、古戰等地。北魏孝文帝元宏太和十五年（公元491年），吐谷渾在洮州修筑了洮陽城、牛頭城和廟宇，佛教文化開始在洮州傳播。
一位詩人曾這樣寫到：“此時安坐城堞的遺跡，我依稀看見時光里北方的吐谷渾從西晉的戰火里一頭撞進甘肅的南部，壘土為城，飲血踏歌。”
牛頭城為省級文物保護單位，對研究古洮州發展史和戰爭史有重要的歷史價值。