高欢渡过黄河，占据邙山布下军阵，好几天没有进军。宇文泰将辎重物资留在瀍曲，连夜率领军队登上邙山，想要袭击高欢。侦察骑兵报告高欢说：“贼军距离这里四十多里，早起吃饭、干着嗓子喝水赶来。” 高欢说：“他们自然会渴死！” 于是整顿军阵等待敌军。戊申日（十八日），黎明时分，宇文泰的军队与高欢的军队相遇。东魏的彭乐率领数千名骑兵担任右翼，冲击西魏军队的北部防线，所到之处西魏军队纷纷奔逃溃散，彭乐于是驰入西魏军营。有人报告彭乐叛变，高欢十分愤怒。不久，西北方向尘土飞扬，彭乐的使者前来告捷，说俘获了西魏侍中、开府仪同三司、大都督临洮王元柬、蜀郡王元荣宗、江夏王元升、巨鹿王元阐、谯郡王元亮、詹事赵善以及督将僚佐四十八人。各位将领乘胜追击西魏军队，大破敌军，斩首三万多级。
高欢派彭乐追击宇文泰，宇文泰陷入困境，对彭乐说：“你不是彭乐吗？愚蠢的汉子！今天没有我，明天还会有你吗！何不赶紧返回军营，收取你的金银财宝！” 彭乐听从了他的话，缴获宇文泰的一袋金带返回，对高欢说：“黑獭（宇文泰）侥幸逃脱，已经吓破胆了！” 高欢虽然对胜利感到高兴，但对彭乐放走宇文泰十分愤怒，命令彭乐趴在地上，亲自揪住他的头发，连续用力撞击地面，并且列举他在沙苑之战中的败绩，三次举起刀要砍下去，最终咬牙切齿了很久才住手。彭乐说：“请求给我五千骑兵，再为大王擒获他。” 高欢说：“你放走他是什么意思？还说要再擒获他！” 命令取出三千匹绢压在彭乐背上，随后把这些绢赏赐给了他。第二天，双方再次交战，宇文泰率领中军，中山公赵贵率领左军，领军若干惠等人率领右军。中军、右军联合攻击东魏军队，大破敌军，将东魏的步兵全部俘获。高欢失去战马，赫连阳顺下马把自己的马交给高欢。高欢上马逃走，跟随的步兵、骑兵只有七人，西魏追兵赶到，亲信都督尉兴庆说：“大王赶紧逃走，我腰上有一百支箭，足够杀死一百人。” 高欢说：“事情成功后，任命你为怀州刺史；如果战死，就任用你的儿子！” 尉兴庆说：“儿子还小，希望任用我的哥哥！” 高欢答应了他。尉兴庆抵抗追兵，箭射完后战死。
东魏有士兵逃奔到西魏，告知了高欢的所在地，宇文泰招募三千名勇敢的士兵，都手持短兵器，交给大都督贺拔胜，让他率军攻打高欢。贺拔胜在乱军中认出高欢，手持长矛与十三名骑兵追击他，奔驰了数里路，长矛的刀刃即将刺到高欢，于是呼喊高欢的字说：“贺六浑（高欢的字），贺拔破胡（贺拔胜的字）一定要杀死你！” 高欢吓得几乎窒息，河州刺史刘洪徽从旁边射箭，射中贺拔胜的两名骑兵，武卫将军段韶射倒贺拔胜的战马。等到备用马匹赶来时，高欢已经逃走。贺拔胜叹息说：“今天没有携带弓箭，这是天意啊！”
西魏南郢州刺史耿令贵大声呼喊，独自冲入敌阵，敌军的刀刃纷纷向他砍来，人们都以为他已经战死，不久他挥舞着刀返回。这样反复了四五次，在耿令贵面前的敌军死伤不断。他对左右侍从说：“我难道喜欢杀人！壮士铲除贼寇，不得不这样做。如果不能杀贼，又不被贼寇所伤，与那些坐享其成的人有什么区别！”
左军赵贵等五位将领作战失利，东魏军队重新振作。宇文泰率军交战，又遭遇失利。恰逢天色已晚，西魏军队于是逃走，东魏军队追击；独孤信、于谨收集溃散的士兵从后方袭击东魏追兵，追兵受到惊扰，西魏各路军队因此得以保全。若干惠连夜率军撤离，东魏军队追击；若干惠缓缓下马，回头命令厨师准备食物，吃完后，对左右侍从说：“在长安死，在这里死，有什么不同呢？” 于是竖起旗帜、吹响号角，收集溃散的士兵缓缓返回；东魏的追击骑兵怀疑有伏兵，不敢逼近。宇文泰于是进入关中，驻扎在渭水岸边。
高欢进军到陕州，宇文泰派遣开府仪同三司达奚武等人抵抗。行台郎中封子绘对高欢说：“统一东西魏，就在今天。从前魏太祖（拓跋珪）平定汉中后，没有乘胜夺取巴、蜀，失误在于迟疑，后悔莫及。希望大王不要犹豫。” 高欢深表赞同，召集各位将领商议进军与否，将领们都认为 “野外没有青草，人马疲惫瘦弱，不能远追。” 陈元康说：“两雄相争，已经持续多年。如今侥幸取得大捷，这是上天赐予我们的机会，时机不可错失，应当乘胜追击。” 高欢说：“如果遇到伏兵，我该怎么办？” 陈元康说：“大王之前在沙苑失利时，他们尚且没有设伏；如今他们败逃到这种地步，怎么能有长远的谋划！如果放弃追击，必定会成为后患。” 高欢没有听从，派遣刘丰生率领数千名骑兵追击宇文泰，自己则向东返回。
宇文泰从玉壁召