耶律斜轸闻援军到，亦挥兵助耶律休哥大战宋军。

而后耶律休哥与耶律斜轸两兵汇合，各自统帅精锐骑兵，从耶律沙的左右翼挺进，乘夜夹攻宋军，实行两翼包围钳击之势。

城中耶律学古闻援军已至，也开门列阵，四面鸣鼓，城中居民大呼，响声震天动地。

这时宋军才发觉已被包围，又无法抵抗辽军的猛攻，只能纷纷后退。

随后，耶律学古固守幽州，耶律沙重整旗鼓自后面追击，耶律休哥带伤继续率部猛攻，与耶律斜轸两军分别自两侧对宋军实行超越追击。

宋军大败，死者万余人，连夜南退，争道奔走，溃不成军。

赵光义与诸将走散，诸将也找不到各自的部下军士。

赵光义的近臣见形势危急，慌忙中与赵光义换了衣服引了追兵而去，赵光义找了一辆驴车，仓促换了套农家衣服，狼狈南逃。

耶律休哥时已受重伤，昏死过去，不能骑马，左右用轻车载着他，代他发号施令，继续追击。

辽军一直追到涿州城下，方才撤退。获得兵器、符印、粮草、货币不可胜计。

后主帅耶律休哥虽得知赵光义逃亡下落不明，死的是假的赵光义，仍将其战袍挂于幽州城墙之上，传宋国皇帝赵光义已死于高粱河之战。

宋辽于高粱河大战，宋军大败，时燕王等人正驻守涿州，闻皇帝已死，无不哀嚎痛哭。

三日后，涿州城内。