民国时期，海原县隶属甘肃省管辖，因此，早期的文献把海原地震称甘肃大地震或甘肃海原大地震。
海原大地震是我国用近代科学方法考察的第一个地震，西北50多县受灾，死难20多万人，为我国有史记载以来所未见。这次地震发震时间是民国九年（1920年）十二月十六日晚7时。地震之后，宁夏及邻区甘肃先后发生了多次强余震。其中，宁夏境内发生的余震先后有：1920年12月28日的海原8.5级地震；1921年1月7日的吴忠5级地震、2月17日的隆德6级地震、2月22日的吴忠—灵武6级地震、4月12日的固原6.5级地震、11月28日的银川5.5级地震；1922年8月30日的海原5级地震。海原、固原、隆德发生的地震属于海原大地震的直接强余震，而银川、吴忠、灵武发生的地震是否作为海原地震的余震，无定论。
海原大地震与其强余震灾害有所叠加，难以截然分开。甘肃地震委员会佥事翁文灏和地质调查所技师谢家荣等在考察海原大地震时一并对其强余震作了考察。因此，民国九年（1920年）海原8.5级地震包括上述几次强余震的有关灾害。
这次地震震中烈度达到Ⅻ度。烈度Ⅺ、Ⅻ度范围，大致沿北西方向展布，呈西端狭窄向东逐渐变宽的条带状，从甘肃省景泰县的三塘经周家窑、荒凉滩、水泉、高湾子、干盐池、西安州、海原县城、李俊堡、固原县硝口一线，全长约240公里。Ⅸ度区范围，呈西窄东宽的葫芦状区域，包括固原、静宁、隆德、会宁4县和靖远县、景泰县的部分地区。Ⅸ度以上的严重破坏区面积达2万余平方公里。地震时，这里山崩地裂，河流壅塞，交通断绝，房屋倒塌。遭受烈度为8度的破坏区几乎占据了整个陇西盆地以及中卫香山以南的盆地，向南延伸到距震中地带200多公里的秦岭北麓，向北到香山南麓，距震中地带约90公里。Ⅷ度以上的受灾区面积约为20万平方公里。
这次地震重灾区在海原、固原、靖远、隆德、静宁、通渭之间，尤以海原、固原为重。鸣声如雷如炮，伴随有大风尘雾。这一带黄土最厚，地震之后裂罅遍地，崩塌极多。崩塌之土长三四千尺，宽一二千尺，高四五百尺者多处。崩塌处倾覆房窑，掩埋人畜，冲泻所至，又复积聚数里之外，壅成丘陵。所过之地，河流壅塞，道路冲毁。震中区域，土房窑洞一律塌平。据官方报告，甘肃各县共死20余万人（翁文灏、谢家荣统计为246004名，后又统计为234117人）。其中，海原死亡人数最多，为73604人，固原死亡36176人，隆德死亡21732人。陕西也死2000多人。七营、三营、黑城子一带，人死十之七八。海城全陷，城内外死人如麻。山中陡出烈焰，烧死居民尤多。双河堡、驼城及海原、固原2县城内房屋全倒，“四乡庄村间伏尸枕藉，狼狗结队食人。半开城、牛营诸地，民房、牲畜完全震没。清石嘴、平安、硝河城诸处地陷山合，房屋牲畜同归于尽”。调查表明，当时的甘肃全省，“无一县不被灾，无一县不伤人，亦无一县不倒塌房屋，压毙牲畜”。
对震中区域内的余震，有关史料是这样记述的：1920年12月16日后，震中区域内日有数震，或数日一震，间或有声隆然，习闻不鲜。固原余震，人所觉察者，共309次，其中物摇人惊较大者204次。
以上是海原大地震与其强余震灾情的总体情况。年月，科学出版社出版的《中国地震年表》，和民国旧志、新编志书分县对地震灾情进行了记述，选录简述如下。
隆德县：夜戌刻，月微明，有声自西北来，地大动，若火山爆裂，山走、河移、地陷、墙倒、屋塌。全县8万人死亡达3万余，压毙牲畜5万多头，倒塌房屋近6万间。大震后一月之内，日日有小震，半年之内还几乎每月震动一次，一年以后，仍隔月有震，直至3年方始平静。
固原县：夜戌刻，地大震，霎时全城一片废墟。东、南两乡较轻，西、北两乡尤重，九营、三营、杨老庄、七营等处几乎摇为平地，全县死亡3万余人。唯城外董福祥之神道碑亭，仅中裂，震后仍屹立。城内魁星阁亦基本完好。
海原县：此次地震，海城最重，几乎全城覆没，居民幸存者仅十之一二。花崖湾山庄一带，山崩地裂，大地变更，村舍化为乌有而不知去向。全县死亡7万余口人，压毙牲畜4万多头，倒塌房屋5.3万多间。
化平县：震后统计，死难4000余人，压毙牲畜1.2万余头，全县房屋十分之七皆倒塌。
宁夏县：地震时如舟行狂风巨浪之中，人不能立，大震后又续动月余，人多野宿。全县死亡数百余口人，压毙牲畜1000余头，房屋十分之四倒塌。
宁朔县：地震轰声如雷，庐舍、百物皆摇摆颠荡，颓墙圮壁，飞瓦扬尘，城乡皆有伤亡。
灵武县：死亡300多人，压毙牲畜700余头，倒塌房屋十分之二。
盐池县：死亡400余人，压死牲畜750余头，倒塌房屋十分之一。
平罗县：死亡300余，压死牲畜1000多头，倒塌房屋十分之二。
中卫县：死亡700余人，压死牲畜1000多头，倒塌房屋十分之四。
金积县：死亡万余人，压死牲畜2万多头，倒塌房屋十分之七。
镇戎县：该县同心城被难最重，几乎夷为平地。
因对这次地震作了科学考察，因此还保存了一些可贵的地震气象和其他震前震后现象。
气象现象：据定西、会宁、镇原、正宁、化平、庆阳、隆德、静宁等县报告，大震时多有大风尘雾。甘州、毛目、玉门等县，震发次日有大风昼晦，黄沙飞天。永昌、环县、泾川、静宁、平罗等县，亦有大风。海原县震发时见红光出现。
有声现象：地震时往往有声如炮，其声浪高低，似与震动强弱有直接关系，故震发当日，发声最高，此后小震，发声渐低，也有只震而无声者。至于发声与震动，孰前孰后，似不一定。
山崩河塞现象：此次地震，发生山崩极多。固原的蒿艾里，隆德的张家新堡子，海原的王浩堡等处，河流多被壅塞，村堡也成废墟。固原蒿艾里在固原西北约百里，居清水河支流上流，其东南10里为李俊堡，二山合崩，阔约800公尺，长亦如此。山上黄土之下，有红色及绿色页岩、砂岩，中多石膏。崩下之处，石质与黄土相杂。石块往往甚大，将河道一段约800公尺完全壅塞。其上流蒿艾里附近积水甚深，沟内树木多被淹没。
凡山崩附近的河道，多被土壅塞。苦水河被塞之处共有五六段。蒿艾里之处清水河上流壅塞1处，隆德滥河壅塞3处，海原之处清水河壅塞1处，苦水河下流壅塞3处。
井泉涨缩现象：据泾川、定西、会宁等县报告，大震后井泉水味较前略咸。宁夏、静宁、环县等报告，震后泉水升高尺许至10余尺不等。宁夏泉水较前微温而臭。通渭、泾川、海原等县井泉有枯涸者。隆德大震前井泉忽涨，震后复原。
地面裂缝现象：各处地面裂缝，可分为两种。一种是平地上裂缝，狭而浅，宽不过数寸，深不过尺许至数尺，纵横贯穿，方向不定，有长10余丈至数十丈者。固原西大营川一带所见甚多，但最长不过二三丈，且多在滨河或富于水分之平原。据宁夏、灵武等县报告，平地裂缝常涌出水为黑黄等色，味臭略温，且有黑沙等随水涌出。在灵武境内，裂缝附近有窟窿，水夹沙上涌，堆积窟窿之旁，高二三寸至一二尺不等，大似粪堆。另一种是山坡上裂缝，各处所见，多不胜计，就其方向不同又可分为两种：与山坡等高线成直垂者，方向不一，其位置常在山的低洼处；与山坡等高线平行者，震动较烈者，则断裂之部，往下倾滑，即成断层。更烈者，则成山崩。
海原地震也属世界级特大地震，有感范围很大，东至东海之滨，山东半岛至上海一线，西达甘肃玉门，南至福州、广州、香港，北至北京以北都有震感。震动范围延及甘、陕、蜀、鄂、豫、晋、燕、鲁、察、绥、青等省区，面积约万平方公里。据当时《上海日报》报道，地震甚至扰乱了最高法院在宣判会上的判决。香港的一位教父地震时正躺在医院的床上，他清楚地感到床和纱帐在晃动。
新中国成立前，地震监测、观测技术落后。1954年，中国科学院地球物理研究所在银川建成第一个地震观测台——银川地震台。1964年，银川地震台从银川市区迁至贺兰山滚钟口。1965年新建石嘴山、陶乐、灵武、中卫、固原地震台站，逐步形成地震观测台网。此后陆续在海原、盐池、西吉、青铜峡等地建设地震台站，台站密度增加，观测能力进一步提高。
