长孙兰见兖军杀至，遂三面守定，下令全军，擅退者斩！只见垣闯在左，张业在右，赵大岳自中间，三路齐出，都各领精骑万余，猛攻魏阵，郑庸率五千人在后居中调度。
三将皆是一马当先，领兵直造魏营，那魏军也是精锐之师，拼死抵抗。双方在营寨外展开血战，郑庸见长孙兰防守严密，便让茂之用令旗指挥垣闯一军向大营西侧迂回。垣闯看到令旗挥动，便率队杀向西侧。
长孙兰在布置防御阵型时，兵力捉襟见肘之下，考虑到西面万急时可能会有虎牢守军策应，且郑庸自东面而来，所以将防御重点放在了东南两侧，西侧防守相对薄弱。今见兖军杀奔西侧，忙从营内向西调兵。垣闯到达西侧后，立即发起冲锋，外围魏军较少，垣闯只一个回合便肃清外敌，突入营内。但长孙兰从东南两翼抽调的援军亦至，双方又在营内展开血战。
再说虎牢关的守将拓跋琛，此时已得到斥候探报，说刘拯部已向边境集结。今东有贺拔石，南有刘拯，不敢怠慢，便命士兵全部上城，严加防守。拓跋琛在城头远远看到大批兖军正在围攻长孙兰，但怕虎牢有失，也只能眼睁睁看着，不敢派兵增援。
再说垣闯在西侧突入以后，与大营内赶来的魏军血战，后面的兖军源源不断的涌入，西翼的魏军渐渐不支。长孙兰无奈，只得再次从东南抽取兵力增援，但东南两翼的压力又骤然增加，徐率和张业也趁机加大攻势，长孙兰全线岌岌可危。
恶战良久后，最先取得突破的还是垣闯一军。经血战，垣闯正面的抵抗愈来愈稀疏，垣闯趁机扩大战果，向大营中心猛攻。长孙兰见兖军人多势众，攻势猛烈，知道再难坚守，便令全军各留部分兵力死守，主力交替掩护，准备沿浮桥撤回河北。
魏军开始交替掩护后撤，长孙兰一军共三万人，在刚才的激战中已损失五六千人，还有两万余人需要渡河，现在后军已有约三四千人渡到对岸，长孙兰在河边焦急的催促众军加快速度。
正在此时，对岸突然响起震天动地的喊杀声，长孙兰远远看到对岸不知从何处冒出大批兖军，咆哮着冲向已过河的魏军。这些魏军猝不及防，被突然而来的敌袭吓懵了。一愣之间，兖军已是冲到面前，双方在对岸又展开激战。但过河的魏军才四千左右兵力，哪里是徐率的对手，很快便被荡平，然后率队沿浮桥冲杀过来，魏军现在是四面受敌，陷入绝境。
虎牢的拓跋琛在城头上看到后再也坐不住了。原以为长孙兰若不敌，可先撤回北岸，仍不失为虎牢之援。不想兖军又在北岸布下重兵，长孙兰部后路被断，岌岌可危，若再不驰援，必会全军覆没。那时虎牢失去外援，拓跋琛将以孤城独自面对兖军的攻势。
情急之下，拓跋琛令裨将周深率两万人出城阻击贺拔石，而派副将高奎率两万人直扑垣闯的西翼。自率万余人守城，心道虎牢城高池深，就算兖军来攻，一时也难以攻破。
这四万魏军的加入，让战场形势瞬间改变。长孙兰见虎牢军出，下令全军向西突围，准备与高奎会合。现在垣闯已是腹背受敌，压力骤增。郑庸见虎牢守军终于出城来援，严令贺拔石将周深一军死死缠住，绝不能再放其回城。令垣闯利用原来魏军大营西侧的防御工事，分兵死死守住西翼，同时挡住另一侧长孙兰的反扑。令剩余兖军猛攻大营内的魏军，务必尽速全歼。
垣闯此时的压力可想而知，西翼是高奎的两万生力军，东侧是长孙兰军为了逃命疯狂进攻。垣闯接到命令后，知道此时整场战斗的关键在自己这里，若自己能顶得住，则长孙兰覆灭只是时间问题，若自己顶不住，兖军就将功亏一篑，陷入被动局面。垣闯在阵中飞马激励士卒：“兄弟们。今形势危急，胜败关键在我部，就算战死此地，亦是各得其所，兖军必胜。”兖军听后人人抖擞精神，死战不退。
西侧寨栅外魏军骑兵手持三米长矛并排突进，短兵继之，前沿的兖军全部战死。但后面的又毫不犹豫的扑上来，继续与冲上来的魏军死战，寨栅外魏军尸体已是堆积如山。东侧更是惨烈，双方反复拉锯，血流成河，垣闯手持横刀，与士卒一起战斗在最前沿，与魏军血拼。
徐率、赵大岳、张业为了尽快解决当面之敌，减轻垣闯部压力，各自率部不顾伤亡的往纵深猛插，长孙兰部虽然奋力抵挡，但还是被徐率的北路率先突入，然后直接从后向西掩杀策应垣闯。正在攻击垣闯的魏军身后遭袭，立时大乱。长孙兰部又一次陷入绝境。
郑庸见时机已到，命令副将冉大壮率最后的五千预备队直接插到高奎的后方，誓死拦住魏军。大壮早已摩拳擦掌，得令后战马腾空一跃而出，率兖军如风而去。郑庸是想将出虎牢增援的魏军全部缠住，争取在关外野战，以减少将来攻城时的伤亡。
高奎在西翼指挥魏军猛攻，连续冲锋达四五次，兖军防线始终岿然不动。正准备再组织一次进攻，这时后军来报，说有兖军约五千余众自后方向我部杀来。高奎举目望去，东边烟尘蔽天，黑压压的兖军正挥刀杀来。又见长孙兰大营北部已被兖军突破，东南也是岌岌可危，知施救无望，下令全军退回虎牢。冉大壮见魏军撤退，下令全军全速前进，很快便冲上去与魏军缠在了一起。
大营内，随着徐率的突入，西翼魏军腹背受敌，死伤惨重，激战过后，除少部投降外，其余被全部被殄灭。而此时的垣闯部也已是伤亡过半，手下一万兖兵现在仅剩五千余人。徐率直接冲到西翼前沿准备跟垣闯合力阻击高奎，但却发现高奎收兵退走了，两人合兵又往东侧杀去。
张业和赵大岳也先后突破当面阵地，杀入魏营。魏军四面失守，意志崩溃，开始四散逃命，兖军在后四面追杀。长孙兰被围在垓心，防守范围快速缩小，很快便被挤压到中间几个大帐范围内，举目四望，全是兖兵，魏军一个接一个的倒下，长孙兰上天无路，入地无门，遂拔刀自刎，余部皆降。
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