双方各自勇猛冲锋，两军犹如两股巨浪狠狠撞击在一起，领头的几排战马狠狠撞击在战车之上。那战车是驷马所拉，沉重非常，单马如何冲击得动。马匹由高速奔驰突然顿住，马上骑士被抛飞出去，或被战车上的甲士挺起青铜戈四方或刺或钩，死于非命，或被战车后方甲士举起青铜剑砍杀而亡。后方骑兵悍不畏死，依然勇猛冲锋，一时赵边军与匈奴人杀做一团。
匈奴兵虽多，阵型散乱，恃血气之勇各自猛冲罢了；赵军阵型严整，各兵种协作默契，匈奴骑兵冲之不动，被赵军弓弩手四面攒射，倒下一大片。匈奴人并无什么作战纪律，仗着血气之勇猛冲了半个时辰，见得冲不动赵军阵势，纷纷拨马而退。若是在大草原作战，匈奴兵四面迂回，赵军须得各个方面防守，极为不利。如今在山谷之中，正面太小，没有什么迂回的余地，赵军只需以战车和甲士正面防御，以弓弩兵正面射击即可。少数可以迂回的地形也被赵军骑兵护住，匈奴骑兵并无发挥的余地。战了一个时辰，匈奴兵渐渐落入下风。
头曼单于见地形于己不利，乃传令边战边退，且退五里到宽阔之地再战。
赵军步步紧逼，兜着匈奴人的马屁股追杀。
退了五里，地形略宽阔，匈奴兵形成了一定的迂回，赵军骑兵立即全面压上，双方均各猛冲猛打。匈奴兵虽然没有什么纪律，一个个的生得牛高马大，勇猛彪悍，赵军阵型占优，个体力量不足，双方一时打了个难分难解。不过赵军防护严密，轻伤者众，重伤及阵亡者少；匈奴兵披了件羊皮袄子就骑了马冲锋，伤亡甚众。
正战之间，忽地东北面烽火台狼烟四起，李牧挥剑大呼道：“司马将军已到，弟兄们奋勇拼杀，全灭了匈奴人。
头曼单于也见到了狼烟四起，正自惊疑不定，士卒来报，平城军六万余人已经堵住退路，正一步一步杀过来，左贤王已领兵前去堵截。
头曼单于的心一下子掉到了谷底，十几年从未跟李牧正面交战，想不到赵军阵型居然如此难破，匈奴兵完全冲突不进，那阵后的弓弩兵如雨的箭矢落在匈奴人阵上，惨叫之声不绝于耳。眼见大军已折损了好几万，那赵军阵型严整，不过折损了几千人，越战越勇。
头曼单于下令林胡王、襜褴王并三个小王领了三万兵马去相助左贤王，定要冲破平城军，为全军打开退路。
又战了三个时辰，匈奴兵节节败退，赵军不断压上来。头曼单于指挥匈奴兵一路退到一座山谷之中，那山谷甚大，足以容纳数十万人马。那谷口地形复杂，不利赵军战车冲锋，骑兵进退却甚是便利。左贤王并左大将也被平城军压到了这个山谷，两军又合在一处，死守谷口，赵军追至谷口翻倒了百余辆战车，李将军急令停止追击，只是层层叠叠将那谷口围死。
此时天已大黑。双方各自脱离战场，赵军在外把那山谷围了个铁桶相似。
李牧与司马尚相见，二人安排在谷口附近遍布鹿角，洒下铁蒺藜，急令荀国忠派人送一万面巨木盾前来，另外关中所有箭矢尽皆送来前线。又令五万甲士与弓弩手梯次配置，严防死守。
李牧与司马尚推演无数次，此谷也是假想歼敌之地之一。此谷在雁门关东北，恒山山脉三面环抱，只有谷口可出于平城。
此地地势较为复杂，于战车不利。李牧把战车布于东北侧十五里以外狭窄平坦之处。赵军以五万兵马守住谷口，其余兵马就地休息以养军力。
李牧安排好了防务，召集众将商议。
诸葛明报道：“今日雁门军损失一万人，余者七万八千余人。平城军损失一万五千余人，可用四万七千人，目前全军十二万五千人，若是荀国忠到时，可有十三万余人，其中骑兵一万人。匈奴人大概损失七万人，剩余十二万人，全围在山谷之中。
众将闻言皆是大喜，边军每与匈奴战，损失都比匈奴大得多，不仅粮草辎重多被夺取，便是士卒损伤，也是匈奴损失的数倍。如今以步车兵为主，居然打得匈奴人大败，而且匈奴余众皆被围在山谷，歼灭匈奴人指日可待。此战实是前所未有之大胜，众人大大振奋。
赵大嘴哈哈大笑道：“将军神机妙算，让匈奴人匹马难回之言，果然不错。”
李牧道：“如今山谷之中尚有十二万人，谷口宽阔，不易防守，且我先前所仗之战车在此地不利，诸将仔细防守，方可保得万全。”