因為飲食結構中蛋白質所佔比例的緣故，隴西兵在身高和體力方面，明顯要強過以中原農耕士兵占多數的隋軍將士一些，這也是薛仁果軍之前壓著馬三寶打的根本原因，但隴西兵也有兩個缺點，一是人口少兵源不足，二是組織紀律性比較差，對戰的兵力越多，戰局越複雜，隴西兵自行混亂的可能就越大。
組織紀律比較差這點在隴西兵佔上風時也不容易暴露，儘管是以少擊眾，還面臨攻堅難題，但因為隋軍將士始終堅守營地不出，掌握戰場主動的薛仁果軍仍然是鬥志昂揚，一度都差點打進隋軍營內，那怕是主帥薛仁果暫時離開了戰場，薛仁果軍至少在表面上看上去仍然還是井然有序，進退自如。
也就是暫時能夠做到這點，隨著隋軍營地里的狼煙升起，之前已經打開過的隋軍大營東門再次開啟，丘師利和丘行恭率領的三千隋軍步兵突然出擊，迂迴來沖薛仁果軍的步兵主力右翼，以勇猛而在史書上留名的丘行恭手提長刀身先士卒，大聲吆喝不斷，「殺！殺光這幫隴西狗！」
直到此刻，薛仁果軍仍然沒有出現任何的慌亂，暫時代替薛仁果指揮全軍的忤士政也是極其不屑，僅僅只是命令右翼迎戰，並沒有做出任何的調整，對自軍將士的戰鬥力充滿絕對信心。
如果忤士政迅速哨探一下他背後的山林情況，那他肯定就沒有這樣的自信了，看到狼煙升起，早就等得不耐煩的報國軍將士立即出動，在報國軍剛組建時的旗手於樂率領下，牽著戰馬離開事前埋伏的山林，來到林區邊緣上馬列隊，於樂一聲令下，二百一十一名報國軍將士整齊衝鋒，白袍飄展，眨眼間就衝出了山林，神兵天降一般的突然出現在了敵陣後方，帶著獰笑直接沖向毫無防備的薛仁果軍背後。
當看到突然出現的報國軍鐵騎時，薛仁果軍終於開始慌了，紛紛大叫報警的同時，忤士政也是大吃一驚，頓時明白中計，趕緊大吼下令道：「後軍掉頭，列橫隊迎戰，給我堅決頂住！快，派快馬向太子告急，請他馬上回來！」
與此同時，丘家兄弟率領的隋軍步兵也頂著羽箭標槍撞上了薛軍右翼，身先士卒的丘行恭長刀揮舞，大聲吼叫著連斬兩敵，在薛軍戰陣上打開了一個小缺口，尾隨其後的隋軍步兵乘機衝上，在局部與薛軍展開混戰，更多的隋軍將士則是列隊衝上，以盾牌撞擊敵人，刀砍斧劈短矛捅，薛軍將士也是拚命還擊，兩軍相接處殺聲震天，刀槍碰撞不絕。
李靖最大的奇襲指望還是報國軍，以擅長打惡戰聞名的報國軍將士也沒有讓李靖失望，薛軍士兵還在匆忙排列密集橫隊而出現些許混亂的時候，來勢極快的報國軍鐵騎已經象一把鋼刀一樣，筆直插進了薛軍橫隊的正中部位，披甲戰馬噴著火一般灼熱的鼻息，帶著慣性直接撞到薛軍士兵身上，不需報國軍將士刀砍槍捅，僅僅是巨大的衝擊力，就已經把薛軍士兵撞得人仰馬翻，個別士兵還被撞得直接飛了起來。
釘著蹄鐵的馬蹄踐踏著薛軍士兵的身體繼續前進，早就習慣了這一情況的報國軍將士馬刀起伏，槍扎矛捅，把一個接一個攔在面的敵兵砍翻捅倒，腳步不停的筆直前進，而這一刻，薛仁果軍紀律較差的弱點也立即暴露，在本應該堅決密集隊形抵消報國軍將士衝擊力的關鍵時刻，薛軍士兵出於對重騎衝擊的恐懼和害怕，還有對違犯軍紀的滿不在乎，竟然紛紛鬆動散亂，就連基層將領都沒有努力約束士兵列隊，導致報國軍的衝鋒勢頭不減，刀插豆腐一般直接捅進了薛軍後隊，還直接捅了一個對穿。
薛仁果軍終於開始亂了，尤其是看到報國軍筆直殺向他們的指揮旗陣所在時，薛仁果軍的將領士兵更是一片慌亂，好在忤士政反應迅速，馬上又大聲下令中軍列隊迎戰，猛將渾干也來到陣前指揮，大聲呵斥約束士卒列隊，這才沒讓中軍隊伍出現潰逃情況，並迅速排列起了新的密集橫隊。
很可惜，報國軍還有一個金手指，眼看要和薛仁果的中軍撞上時，報國軍隊伍中突然飛出十幾個火藥瓶，搶先落入敵人密集橫隊中炸開，猛烈的爆炸不僅讓薛軍橫隊一片混亂，也讓許多第一次遭遇火藥武器的薛軍士兵魂飛魄散，在從未面對的未知恐懼面前膽氣全喪，下意識的撒腿就跑，就連薛軍猛將渾干都被當場嚇傻，驚叫道：「這是什麼玩意？」
利用火藥武器混亂敵人的密集隊形後，報國軍再次輕而易舉的扎進了薛仁果的中軍內部，衝擊間還順手砍傷了渾干，前鋒也直接面對了薛軍指揮台，並且再次投出火藥瓶擾亂敵人。同樣被火藥武器嚇住的忤士政大驚，下意識的拍馬就走，他身邊的親兵也趕緊跟上，原本還十分整齊的旗陣頓時東倒西歪，再也無法通過旗號、戰鼓和號角指揮全軍。
李靖等的就是這一刻，令旗一揮後，隋軍大營正門大開，早就等得不耐煩的牛進達立即率軍出擊，向營外敵人發起反擊，而正在攻營的薛軍士兵也早被後方的巨響變故分散了注意力，挫折了士氣，再被牛進達一衝，理所當然的大敗而逃，牛進達軍腳步不停，攆著敵人敗兵的屁股緊追不捨，全力衝擊薛軍正面。
丘家兄弟也在此刻得手，受益於報國軍搗毀敵軍旗陣，丘家兄弟麾下的隋軍新降軍士氣高漲，薛軍方面卻是士氣大滑，此長彼消之下，原本還支撐得住的薛軍迅速崩盤，眾多士兵撒腿逃命，帶動和影響了正在第一線與隋軍作戰的薛軍士兵，隋軍乘機猛衝猛打，接連在薛軍攔截陣地上衝出多個缺口，最後也不知道是那個薛軍士兵高喊了一聲快跑啊，薛軍右翼霎時崩潰，將領士兵逃得到處都是。
薛仁果軍的左翼直接是自行崩潰，看到戰況不利，這些在之前攻堅戰中就已經疲憊帶傷薛軍士兵連稍微抵擋一下的心思都沒有，直接就撒腿沖向了溫湯河浮橋，爭先恐後的過河逃命，爭搶浮橋間你推我搡，落水無數，而大冬天的掉進河水裡，等待這些落水薛軍士兵的，也就只剩下了被溺死或者被凍死的下場。
戰局差不多是在片刻之間就被徹底逆轉，牛進達從正面，丘家兄弟從右翼，兩頭並進直驅，報國軍則在薛軍陣中左衝右突，如入無人之地，之間還佔據上風的薛仁果軍卻是一片大亂，將領士兵全都是爭先逃命，沖向白雪皚皚的溫湯河來路。忤士政和渾乾等薛軍將領原本還想努力堅持到薛仁果回援，可是再怎麼大聲喊叫下令，都制止不住軍隊接連潰散，最後乾脆連身邊的士兵都迅速減少。
看情況不妙，忤士政和渾乾等將領也只好加入了逃命的隊伍，帶著身邊還能指揮的軍隊爭先西逃，隋軍各部則窮追猛打，逼迫薛軍敗兵只能是冒險淌水過河，被淹死凍死眾多，好些薛軍將領還因為身上盔甲過於沉重的緣故，落水後就再沒有機會再爬起，在只是齊胸深的水中被活活悶死。隋軍將士則在後面猛砍猛殺，促使薛軍更加慌亂東逃，斬獲無數，也坑得薛軍士兵被淹死凍死無數。
與此同時，被隋軍騎兵調虎離山的薛仁果也隱隱察覺情況不對，主動下令停止追擊，掉頭趕回溫湯河戰場，不再理會隋軍騎兵叫罵挑釁，得到過李靖事先指點的劉十善雖然沒有發起攻擊，卻率領著隋軍騎兵遙遙跟隨其後，始終保持在薛仁果的視野之範圍之內，對薛軍騎兵施加心理壓力，讓他們不敢心無旁騖的直接返回河口戰場。
撤退路上，薛仁果終於收到忤士政派快馬送來的告急消息，大驚之下，薛仁果下令全軍全速回援，劉十善也命令隋軍騎兵加速咬住，保持與薛軍騎兵的距離等待戰機出現。結果也一切都在李靖的掌握之中，當薛仁果帶著騎兵重新殺回營地戰場，他的步兵主力已然崩盤大敗，死屍幾乎讓溫湯河斷流，同時還有一支隋軍步兵當道攔住了薛仁果騎兵的西進回援道路。
這麼快就輸得這麼慘，驚怒之下，大發雷霆的薛仁果率軍直衝隋軍攔截陣地，想要多少斬殺一些隋軍士兵為自軍步兵報仇，然而薛仁果很快就發現他幹了一件蠢事，列陣以待的隋軍步兵不僅以強弓硬弩熱情招待於他，還在陣上突然使出了火槍武器，原始的火繩槍雖然在射速方面不及弓箭，射程方面不及強弩，可是突然看到隋軍陣中發出巨響，噴出火光，不要說薛軍士兵被嚇住，就是薛軍騎兵的戰馬也被嚇得紛紛人立止步，讓許多倒霉的薛軍騎兵掉落下馬。
劉十善傻了才會放過這樣的好機會，稍微整隊之後，隋軍騎兵全速衝鋒猛擊薛軍騎兵背後，隋軍步兵也列隊而上，與自軍騎兵前後夾擊薛仁果，薛軍騎兵腹背受敵，薛仁果被迫率軍繞過隋軍步兵陣地，全力向西逃命，劉十善在後面窮追不捨，靠著步兵幫助以少勝眾，砍死砍傷數量相當不少的薛軍騎兵。
也是到了薛仁果帶著騎兵逃過了溫湯河後，李靖才令發起總攻，還帶著軍隊一直追到了薛仁果軍的渭水渡口，在渡口處再度挫敗薛仁果軍，逼得薛仁果只能是靠砍斷浮橋方才擋住隋軍追擊，損失相當慘重。
馬三寶當然也沒客氣，看到薛仁果軍大敗逃回，馬三寶也立即出兵反攻，在薛軍敗兵渡河北逃時趁火打劫，取得了不小斬獲，也虧得薛仁果還算謹慎的在眉縣城外留下了五千軍隊，及時出兵接應，擋住馬三寶的攻勢，不然的話，