高歡不聽，堅持出兵。
侯景進言：不如分前後兩軍相繼而進，互相照應，避免一戰失利，不致全軍崩潰。
高歡亦不聽從，乃率軍自壺口經蒲津渡黃河，進屯許原西，直指長安。
宇文泰聞報高歡又來，親率萬人自弘農回師渭南，征召諸州之兵迎戰。為阻東魏軍逼近長安，不待州兵齊集，即令架橋渡河，進至沙苑，與東魏軍僅距六十裡。
雙方各自紮住人馬，分彆派出信使，約期決戰。
宇文泰親自出營，仔細看過戰場地形，複派部將達奚武帶領數騎，前往偵察敵情。
達奚武領命，率領兩個隨身侍衛，改扮成東魏軍士戎裝，一陣風似地去了。
宇文泰看過地形，成竹在胸，喚過大將趙貴：卿可率五千步兵，皆持短刃，在沙苑以東十裡渭曲葦叢中設伏，聽我擊鼓為號，齊出伏擊。
趙貴：葦叢中泥濘不堪，如何必於此處設伏？
宇文泰笑道：將軍不知，兵法雲出其不意，無有不勝。我選於此處設伏，除蘆葦高密能儘伏步兵大軍之外，亦因此處地形逼仄，葦深土濘，不利於東魏騎兵展開作戰也。
趙貴大悟，應命去了。
宇文泰安排伏兵已畢，便親帶兵出迎，自為中軍背水列陣以待。
回顧不遠處河灘上樹林掩映，其地儘為砂礫，利於騎兵奔馳，心中一動，又喚過部將李弼：我分給你騎兵四千，作為奇兵置於右翼，藏於樹林之中。聽我號角之聲，便從側翼殺入敵軍陣中，截斷其軍，使其不能首尾相顧。
李弼應諾，亦領命去了。
此時中軍隻餘二千老弱，皆都衣甲不整，軍哭破損。宇文泰命就地露營，來日大戰。
次日平明，達奚武偵察而回，叩營還報：末將三人化裝成東魏軍士，昨日傍晚混入高歡營內，偵知其軍中口令。查明高歡軍中部署，如此如此，返回複命。
宇文泰奇道：彼軍中諸將，竟無懷疑卿者乎？
達奚武答道：某隻管昂首揚鞭，假作巡營督察官，將其各部軍營都轉了一圈，看見有衣冠不整或不遵法紀兵士，還上前舉鞭亂打一頓。轉了個通宵，並無一人懷疑。
宇文泰大笑，心中已有計較，乃命擂鼓聚將，分撥已定，下令列陣迎敵。
說話之間，隻聽馬蹄雜踏，震動河嶽，高歡引眾大至，在沙苑渭曲對麵列陣。三通鼓罷，雙方分彆射住陣角，留出中間三百步空地以為戰場。
東魏兵將見西魏軍少兵弱，不由信心大增，各欲衝陣，以建大功。
都督斛律羌舉忽向高歡建議：丞相不可急於交鋒！其隻有三二千兵馬，若非有計，怎敢與我二十萬大軍相持？丞相不如引軍在此與之相持，末將分精騎數萬，去襲長安。
高歡：今觀勝負之局已定，何必多此一舉？
斛律羌舉：即便我軍獲勝，宇文泰敗回長安，據城而守，不得全功。今宇文泰既被我軍牽製於此，長安必定空虛，可一戰而下。敵巢既破，宇文泰可不戰可擒也。
曆史真相：若是高歡納此奇計，則西魏必亡，東魏複可統一江北。當時從地勢上觀之，高歡軍在西，宇文泰軍在東；而長安亦在西邊，其時已成兩軍互斷對方歸路之局。而其南邊就是渭河，構成天然行動障礙。此時高歡若分兵沿渭河西進長安，必然破城，宇文泰無計可施矣。前有東魏十餘萬主力大軍對峙，宇文泰欲從戰場撤走回救長安，談何容易？且軍陣一動，局麵必然不可收拾。無奈高歡為前番分兵致敗所驚，仍不肯從。
高歡雖不願分兵，但其臨陣常有奇計，此刻見蘆葦草深，於是突發奇想，對諸將說道：諸公請想，相比分兵襲擊長安，與在此地火攻相比，何則穩妥？我軍在西，宇文泰軍在東，今乃隆冬十月天氣，西北風烈，燒之如何？
話音未落，身側眾謀士無不動容，齊稱妙計。
高歡大喜，便欲下令，忽惱了身後二將，齊聲說道：丞相不可！
眾人看時，見是定州侯景與猛將彭樂。
侯景見丞相看向自己，於是揚聲叫道：宇文泰另立朝廷，分裂魏國，其罪滔天，豈可如此便宜燒死？今其兵少，一鼓便可擒之，付以廷尉，定車裂之刑，以儆叛臣可也。便請丞相下令，末將願為先鋒，擒此逆賊！
曆史真相：侯景此論，顯然彆有用心。因其自覺英雄無用武之地，如宇文泰被滅，則自己永無出頭之日。但若留宇文泰養寇自重，自己方有應時而起之機，故此不欲其被燒死。
高歡沉吟不語，又問彭樂：公謂火攻不可，卻是甚麼道理？
彭樂好飲，一路上已連飲半囊十餘斤烈酒，當時已是沉醉，在坐騎上東倒西歪答道：我等兵眾多出西兵十數倍，若是大火燒著，西風不起，豈非儘燒我軍？我二十萬大軍皆擁擠一處，旗甲刀杖皆易燃之物；彼皆騎兵，轉身即可逃走，我實無必勝之算。丞相不必空費火種，某請一支將令，率本部兵衝擊，必擒宇文泰來見！
此言方罷，身側諸將皆欲斬敵建功，齊聲道：彭將軍之言是也。我眾賊寡，百人擒一，何憂不克？便請丞相下令！
高歡為諸將士氣所感，揚鞭大笑，向前一指：如此爾眾即可鳴鼓，群起而攻之！
諸將各欲爭功，未等列陣，便爭相率部進攻。
宇文泰見東魏軍輕敵如此，當即下令擊鼓吹號，全軍出擊。
趙貴聞聽鼓響，立即起於蘆葦叢中，直插入東魏軍陣；李弼聽到號角，亦率鐵騎橫擊而至，衝撞東魏主力中軍，頓時將高歡大軍截為兩段，戰於沙苑。
這一場激戰非同小可！西魏兩路伏兵儘起，宇文泰率二千軍複又殺回，三麵夾擊。東魏軍直逞伸頭挨宰之勢，毫無還手之力。
從早至晚，河灘上人頭滾滾，屍體橫塞河道，東魏軍馬直被臨陣斬首六千，陣前倒戈投降者二萬餘人。西魏軍皆忘饑渴，可謂廢寢忘食，直追至河上，再次大破東魏後軍。
兩次混戰，共俘虜東魏軍七萬餘人，繳獲鎧仗十八萬件。東魏二十萬主力精銳，一戰損折過半。高歡連夜跨乘駱駝，逃往黃河西岸。
東魏全軍潰敗，諸將紛紛追隨高歡渡河，逃跑惟恐不及；惟有彭樂因為酒醉，絲毫不知懼怕，反引本部軍直殺入敵陣深處，呼喝酣戰不退。
西魏大將宇文護率部來迎，將彭樂圍裹在內，布陣十重。
彭樂部將見已入死地，拚力作戰，一時不分勝負。當時彭樂乘醉深入，雖然心內不懼，但手腳卻不似清醒之時靈便，幾番衝殺下來，便被敵刃刺得肝肚俱出，身受重傷。
彭樂大叫一聲，以手將流出肚腸重新納入腹內，扯斷身上戰袍裹住勒緊，複入陣而戰。
宇文護兵眾無不大駭，不敢攖其鋒芒，紛紛後退，自相踐踏，枕籍死者無數。
彭樂酒醒，忍不得劇痛，隻得殺出重圍而逃。此時西魏驃騎大將軍於謹率六軍皆至，李弼複率鐵騎橫擊，東軍不及渡河者皆棄兵投降。
太師賀拔勝亦從斜刺裡殺出，一直追到黃河邊，見走了仇人高歡，頓足嗟歎不已。
殺至申末酉初，夕陽如血，沙苑戰鬥結束。
宇文泰令自戰俘中挑選精壯二萬人，其餘五萬人皆令釋放，令將士每人在戰場上種植柳樹一株，以記戰功。於是設宴昆明池，為諸將賀功。