但是，由於柳中城被圍城數月，漢軍雖然城破人亡，柳中城也被打得殘破不堪。匈奴人擅長野戰、遠襲，不擅攻城，更不擅守城。呼衍砭擔心自己會重蹈關寵覆轍，柳中城一旦被漢軍圍城，定然也會截水斷流，自己豈不是也要玩兒完？
於是，他自己做主，依託堅城，同時在北城門外紮下堅固大營。既有利於堅守城池，又不致全軍被陷於城中。他堅信，漢軍數千裡遠來，人馬疲憊，定然對堅營與堅城奈何不得！
正月十五日午時，在耿秉規定的攻擊時間到來前，謁者皇甫援率後軍秦惇、秦褒麾下的二千人馬從沙漠中驟然殺出。他們一邊疾馳一邊快速變換成攻擊隊形，到沙漠邊緣離匈奴人陣形一箭遠處時，便突然結陣相拒。
城頭飄揚着北匈奴南呼衍部的戰旗，皇甫援和秦惇、秦褒悲哀地看到，已校尉關寵和他的千餘名漢軍均已經殉國。望着城頭上烏雲一般的黑色旌旗，漢軍每一個士卒眼裡都冒着怒火，渴望屠淨眼前的匈奴人，爲殉國將士報仇雪恨。
看着匈奴人憑着堅城固營，卻出城列陣相拒，皇甫援既不解，心裡又大喜。
探馬已經判明漢軍只有兩千騎，呼衍砭害怕在城中堅守被後續漢軍圍城，便率領他的三千守軍在柳中城外結成大陣，正以逸待勞，等待漢軍前來陷陣時擊潰這股漢軍。等漢軍扎陣完畢，呼衍砭帳下一名千騎長舉着彎刀至漢軍陣前搦戰。
主將皇甫援剛要親自出戰，秦惇一聲不吭，已當先拍馬出陣。兩人在沙漠上戰約二十合，秦惇勇不可擋，一矛將千騎長挑飛。匈奴陣中，前軍主將呼衍砭頭一偏，又一名千騎長拍馬而出。兩人交戰不足十合，千騎長又被秦惇長矛貫穿胸部而亡。
呼衍砭大怒，自己拍馬而出，舉着大刀向皇甫援殺來。
皇甫援拍馬接住，兩人大戰了五十餘合，竟然不分勝負。雙方正要鳴金收兵，恰在此時呼衍砭稍一分神，被皇甫援一矛扎中左邊大腿。
呼衍砭差點落馬，手中大刀失手，便急忙抽出腰中彎刀招架。
就在此時，北匈奴中軍開始鳴金。皇甫援可不想停手，如果讓呼衍砭退入城中、營中，就難打了。秦惇的玉門營、秦褒的陽關營以守城見長，弩射技藝高超，攻城不是強項。以區區兩千擅長防守的精騎，想攻下數千敵堅守的堅城，簡直是癡心妄想。
他不知道酒泉太守段彭、敦煌太守王遵的人馬殺到哪了，此刻或許已經開始圍困交河城。見匈奴人鳴金，皇甫援當機立斷，手中長矛向後一招，自己已當先追殺呼衍砭而去。
呼衍砭正馳向自己陣中，忽聞身後馬蹄聲急，回首一看，見漢將竟然追殺過來了，倉促間便抽身急走。匈奴陣中，見主將遭到追殺，漢軍喊殺聲震天，已經全軍開始衝鋒，便箭如雨下。可漢將一一挑落箭矢，勢不可擋地衝殺過來。到了匈奴陣前，戰馬騰空而起，躍入大陣，如入無人之境，瞬間挑殺十數名士卒。
漢軍玉門營、陽關營兩千騎均執矛或環首刀，如潮水一般與猝不及防的南呼衍部戰陣碰撞到了一起，兩軍開始殘酷的近身搏殺。
守軍雖人數略佔優，但較短的彎刀和士卒搏殺能力均不如漢卒，兩軍很快便分出了高下。呼衍砭僅帶領千餘人退入城內，且城內也到處喊殺聲連天，每一條街道上都在交戰，而被關在城外的北匈奴士卒則四散哄逃。
秦惇、秦褒已率部與北匈奴人絞殺在一起，此時已經追着北匈奴人腚後殺到城內。
呼衍砭心裡叫苦不迭，這兩千漢軍戰力驚人，他心裡悔恨自己大意了。腿上的傷口仍在汩汩流血。他連馬都沒來得及下，更別說包紮一下了。他知道柳中城已經不能守，便僅帶着數百人打開北城門，向西北方的高昌壁方向逃去。
皇甫援奪了柳中城，此戰玉門營、陽關營戰果輝煌，僅陣亡百餘人傷二百餘人，便斬首近千級。皇甫援再接再厲，不給呼衍砭喘息之機，在柳中城休整一個時辰，收拾傷員，餵食戰馬，士卒飽餐，然後便率兩營漢軍向北追擊。
兩城相距不足百里，呼衍砭被一路追殺，天黑時便到了高昌壁城下，木都將其放入城中，便緊閉城門，準備憑堅城與漢軍打持久戰。
皇甫援、秦惇、秦褒都是悍將，此時殺心正熾。
剛纔在柳中城內，隨處可見關寵和漢軍將士們英勇作戰的痕跡。城中有數十口井，有的深達十幾丈。皇甫援、秦惇、秦褒眼含熱淚，他們能想象，北匈奴人絕了水源，漢軍乾渴難耐，城中掘井卻不得水，最後，校尉和士卒都絕望了。北匈奴人奈何不了他們，可乾渴卻摧毀了這支鐵軍，到最後一刻全體渴死在城頭……
關寵及漢軍將士的慘烈殉國，已經深深地激怒了三將與敦煌郡兩營刑卒，圍城後將士們恨不得馬上攻城！
柳中城、高昌壁與交河城從東南至西北，在一條直線上，漢軍區區兩千人，人人張六頭火炬，彷彿千軍萬馬，各營熱火朝天地伐胡楊、榆樹，準備製作攻城器械。城頭上火把通明，匈奴人以爲漢軍會連夜攻城，驚呼吶喊着忙亂成一片，抓緊部署守城。可皇甫援卻虛晃一槍，夜裡三更時分，突然饒城而走，全軍向交河城襲去。
天亮前，他們便趕到交河城下，只見酒泉太守段彭、敦煌太守王遵竟然以區區五千騎圍着南呼衍部萬人大營，數十架拋車正在轟擊寨柵、轅門等防禦設施，漢軍整裝待發，全軍即將發起攻擊！
皇甫援迅速歸建，進入後軍位置。
原來，咋天中午，漢軍準時趕至交河城，突然出現在北匈奴大營前。呼衍王出營列陣，雙方打了一陣。謁者王蒙麾下衆將，在陣前力斬兩名匈奴將領，漢軍一名軍候也被砍殺。傍晚時分，呼衍王鳴金收軍。半夜時分，段彭突然下令開始轟擊北匈奴大營，準備在天亮前破營強襲。
皇甫援完全贊同段彭、王遵的戰法，強奪柳中城成功令他確信，南呼衍部被竇固都尉兩次北征，已經打殘了。百戰老兵基本都被消滅，現在的南呼衍部，都是徵召而來的能控弦牧民，未及整訓和大戰歷練，戰力已經遠不是漢軍的對手。夜晚強襲定能使其喪膽，則大營必破。
果然，漢軍與北匈奴拋車營互相一頓狂轟濫炸後，漸漸分出了高下。漢軍拋車優勢明顯，距離遠，威力大，北匈奴大營寨柵殘破，營帳破損。
就在此時，站在中軍的段彭舉起了手中的長矛，敦煌王遵則親自擂響戰鼓，前軍主將謁者王蒙帶領前軍齊聲吶喊着，毫無徵兆地發起了衝擊。
“殺——”
漢軍前軍三千人如潮水一般向北匈奴大營涌去，大營內兩排弓兵射出如蝗箭矢。漢軍以大盾遮擋，或用矛拍落，或用環首刀旋飛，前鋒瞬間便衝過殘破的寨柵，挑開拒馬，慘烈的搏殺迅速在寨柵邊展開。
謁者王蒙一馬當先，勇不可擋。他用長矛連續挑翻幾十名弩兵、弓兵，漢軍三千人從轅門一涌而入，與南呼衍部各營在大營內絞在一起。呼衍王在衆將的簇擁下站在王帳前，他深知漢軍悍勇，但匈奴人兵力佔優。於是，他利用人多的優勢，命各營以車輪戰輪番圍困衝進大營的漢軍。
王蒙越殺越勇，渾身已經被匈奴人的鮮血染溼。匈奴人則越殺越多，讓他不免心驚，心裡略生寒意，感到焦急。
段彭、王遵站在中軍，將戰場形勢全部看在眼裡。謁者王蒙的前軍雖然勇悍，但匈奴人多勢衆，眼看前軍有被陷在大營內的危險，於是，兩位太守一馬當先，揮動中軍二千餘人，及時加入戰場。中軍加入，前軍深受鼓舞，漢軍士氣大振，匈奴大營內很快火光四起，很多戰帳被點燃，戰場形勢開始向漢軍傾斜。
皇甫援的後軍和拋車兵士卒們，都一齊看着皇甫援，在等待他的號令。皇甫援判斷着戰場形勢，見前軍、中軍五千漢軍已經漸漸與匈奴打成了平手，他忽然舉起手中的長矛，大吼了一聲，“殺——”
“殺——”
後軍兩千人，六百餘名拋車兵，均一齊跟着皇甫援驅馬殺出。
戰場本已經勢均力敵，此時皇甫援、秦惇、秦褒三將率後軍二千六百人陡然加入，匈奴人瞬間抵禦不住，便一羣一羣脫營而逃，使戰場形勢急轉直下。
酒泉太守段彭、敦煌太守王遵身先士卒，一直殺到呼衍王的大帳前，士卒們點燃大帳，呼衍王在衆將的掩護下，已經向西北雪大阪上奔去。大營內火光四起，漢軍在四處追殺匈奴人。皇甫援加入戰場後，與秦惇、秦褒二將緊緊咬着呼衍王，後軍緊隨其後，一直追到雪大阪前才罷休。
等皇甫援率軍返回，此時天已亮了。
大戰之後，只見營內的積雪地面已經被血染紅，到處都是殘破的屍體，到處都是一羣羣的俘虜。大營廢墟內濃煙瀰漫，景象慘不忍睹，令人觸目驚心。漢軍開始打掃戰場，包紮傷員。這場凌晨時發生在交河城下的大血戰，匈奴人被斬首三千八百級，俘虜三千餘人，繳獲牛羊百萬頭。
而漢軍也有一千餘名士卒在混戰中殉國，傷者七百餘人，人馬疲睏，亟待休整再戰。各營將領也幾乎人人負傷，謁者王蒙傷最重。他左肩中了一箭，重箭錐形簇擊穿肩頭鐵甲，扎及肩胛骨。