高歡即將與爾朱兆大軍交戰，但卻畏懼他人多勢眾，就此事問計於親信段韶，段韶說：“所謂軍隊多，是能得到眾人的拼死效力；所謂強大，乃是得到天下人的忠心。爾朱兆上弒天子，中間屠殺公卿百官，對下虐待百姓，大王您以順討逆，就如同把熱湯倒在雪上，爾朱氏的軍隊有什麼眾多強大可言！”
高歡說：“話雖然是這麼說，我們以弱小的兵力對付強大的敵人，如果得不到上天的保佑，恐怕不能成功。”
段韶說：“我聽說‘小可以敵大，由於小的有道而大的無道！’我還聽說‘上天對任何人並無特別偏愛，只輔佐保佑有德之人。’現在爾朱氏外亂天下，內失英雄之心，明智的人不為他獻計，勇敢的人不替他作戰，他已失去民心，天意怎麼會不順從您呢！”
於是，高歡進軍攻打爾朱兆，爾朱兆軍隊果然大敗，被俘五千餘人。
高歡又引軍攻打鄴城，相州刺史劉誕據城固守。高歡派人挖好地道，將支撐地道頂部的柱子點火燒掉，於是城牆坍塌，陷入地中。高歡攻下鄴城，擒獲了劉誕，派楊愔為行臺右丞。當時很多軍國大事、文告檄文命令等，都出自楊愔和崔㥄之手。
安定王元朗追諡孝莊帝為武懷皇帝，任命高歡為丞相、柱國大將軍、太師，高澄為驃騎大將軍，率文武百官入居鄴城。
爾朱兆與爾朱世隆等人彼此互相猜疑、牽制，爾朱世隆低聲下氣，派人帶著厚禮對爾朱兆進行調停、勸解，想讓爾朱兆趕赴洛陽，承諾一切都聽從他的安排。他又請節閔帝娶爾朱兆的女兒為皇后，爾朱兆這才高興起來，並且與爾朱天光、爾朱度律等人又立下了誓約，重新恢復了親睦。
斛斯椿私下裡對賀拔勝商議說：“如今天下之人都痛恨爾朱氏，而我們還在為他們賣命，滅亡之日不遠了，不如想辦法對付爾朱氏。”
賀拔勝說：“爾朱天光與爾朱兆各自佔據一方，要想全部除掉他們很難，如果不能全部除掉他們，一定會成為後患，怎麼辦呢？”
斛斯椿說：“這個容易做到。”
斛斯椿對爾朱天光說：“高歡發動叛亂，只有大王您才能平定，您怎麼能夠坐視自己宗族遭受夷滅而不顧呢！”
爾朱天光不得已，準備率軍向東出發，臨行前問計於雍州刺史賀拔嶽，賀拔嶽說道：“大王您一家雄踞三方，兵馬強盛，高歡只是一群烏合之眾，怎能與您對抗！只要能夠同心協力，大王您將無往而不勝。如果兄弟之間相互猜疑，那麼連存身自保尚且來不及，又怎能制伏敵人呢！照我看來，您不如暫且鎮守關中地區以穩固自己的根本，然後分路派遣精銳部隊與其他人的部隊聯合，這樣的話，進可以戰勝敵人，退也可以保全自己。”
爾朱天光沒有采納賀拔嶽的建議，從長安出發，爾朱兆從晉陽出發，爾朱度律從洛陽出發，爾朱仲遠從東郡出發，幾路人馬都會師於鄴城，軍隊號稱二十萬，沿洹水兩岸駐紮下來。
高歡命封隆之鎮守鄴城，自己率軍出鄴城駐紮於紫陌，高敖曹率領鄉里部曲三千人跟隨。高歡對高敖曹說：“高都督所統率的都是漢兵，恐怕不足以成事，我打算撥給你一千多鮮卑兵，跟漢兵混雜在一起作戰，你看怎麼樣？”
高敖曹說：“我所率領的部隊，已經訓練了很長時間，前後幾次作戰，並不比鮮卑兵弱。現在如果混雜起來，彼此情感不融洽，打了勝仗都要爭功，打了敗仗便會互相推罪於對方，所以不必混雜在一起。”
爾朱兆率領三千輕騎夜襲鄴城，攻打西門，未能成功，敗退下來。高歡率領的騎兵不足兩千，步兵不足兩萬，因與敵人眾寡懸殊，於是便在韓陵布成了一個圓陣，將牛驢等牲畜用繩牽起來堵塞了歸路，於是將士們個個都有拼死戰鬥的意志。
爾朱兆看見高歡，遠遠地責罵他背叛自己，高歡道：“我原來與你同心協力，是為了共同輔佐皇帝，現在皇帝何在？”
爾朱兆說：“孝莊帝冤殺天柱大將軍，我是為了報仇罷了。”
高歡道：“我過去聽了天柱大將軍打算叛逆的陰謀，而你當時就在門前站著，怎能說不是反叛呢！況且君殺臣是天經地義的事，你又有什麼仇可報的？你我今日一切情義都斷絕了！”於是兩軍便大戰起來。
高歡統率中軍，高敖曹統率左軍，高歡的堂弟高嶽統率右軍。高歡的部隊作戰不利，爾朱兆乘機對他進行猛攻。高嶽率五百名騎兵從正面衝擊爾朱兆，斛律敦收集失散的士卒聚集起來從後面打擊爾朱兆，高敖曹則率一千騎兵從慄園出發橫擊爾朱兆。
爾朱兆等人大敗，賀拔勝和杜德就在陣前投降了高歡。爾朱兆摸著胸口，後怕地對慕容紹宗說：“當初沒有采納您的建議，才到了今天這個地步。”他打算拋下士兵，只率領輕騎向西逃奔晉陽，慕容紹宗調轉大旗，吹響號角，把逃散的士兵收聚成一支部隊，帶著他們一起逃跑了。
爾朱兆逃回了晉陽，爾朱仲遠逃奔東郡，爾朱彥伯得知爾朱度律等人戰敗，打算親自鎮守河橋，爾朱世隆不同意。
爾朱度律、爾朱天光準備前往洛陽，大都督斛斯椿對都督賈顯度、賈顯智說：“現在如果不抓獲爾朱氏的話，我們這些人就要全部死光了。”於是幾個人夜間在桑樹下盟誓，約定好兼程搶先返回洛陽。
爾朱世隆派他的參軍陽叔淵在北中郎府城，選拔檢閱戰敗的士兵，按照次序進入洛陽城。
斛斯椿趕到洛陽時，發現自己進不去城中，便哄騙陽叔淵說：“爾朱天光的部下都是西部人，我聽說他們打算要大肆搶掠洛陽城，之後遷都到長安，你應該先讓我進城，做好準備。”陽叔淵相信了斛斯椿的話。
四月初一，斛斯椿等人佔據了河橋，將爾朱氏的黨羽全部殺掉了。爾朱度律、爾朱天光想攻打河橋，趕上天下大雨，晝夜不停，弓箭施展不開，只好向西逃去。他們逃到陂津時，被人擒獲，送到了斛斯椿處。
斛斯椿派長孫稚到洛陽向朝廷報告，另外又派賈顯智、張歡率騎兵襲擊爾朱世隆，將其抓獲。
爾朱彥伯當時正在宮中，長孫稚在神虎門向節閔帝啟奏道：“高歡義軍已經成功，請陛下誅殺爾朱氏。”
節閔帝派舍人郭崇通知爾朱彥伯，爾朱彥伯狼狽逃出宮中，被人抓獲，與爾朱世隆一起被斬首於閶闔門外，斛斯椿將爾朱彥伯、爾朱世隆的首級連同爾朱度律、爾朱天光一起送到高歡處。
節閔帝派中書舍人盧辯前往鄴城慰勞高歡，高歡讓盧辯覲見安定王元朗，盧辯高聲抗議不見，高歡無法使他屈服，只好放了他。幾天後，驃騎大將軍侯景投靠了安定王，安定王任命侯景為尚書僕射、南道大行臺、濟州刺史。
爾朱仲遠走投無路之下投奔了南梁，他的部將喬寧、張子期從滑臺到高歡處請降，高歡斥責他們說：“你們事奉爾朱仲遠，享盡了榮華富貴，與爾朱仲遠信誓旦旦，答應和他同生共死。以前爾朱仲遠在徐州叛亂，你們是首要分子，現在爾朱仲遠失勢南逃，你們又背叛了他。你們對天子不忠，對爾朱仲遠不義，犬馬還不忘記飼養他的主人，你們連犬馬都不如。”於是殺掉了他們。
爾朱天光率軍東下之時，留下了他的弟弟爾朱顯壽鎮守長安，召請秦州刺史侯莫陳悅和他一起東下洛陽。賀拔嶽知道爾朱天光肯定會失敗，便想留住侯莫陳悅共同對付爾朱顯壽以響應高歡，但卻想不出什麼辦法來。
宇文泰對賀拔嶽說道：“現在爾朱天光並沒有走遠，侯莫陳悅未必會有二心，如果此時把這計劃告訴了他，恐怕侯莫陳悅會驚慌恐懼。侯莫陳悅雖然是主將，卻不能控制他的部下，如果先勸說他的部隊，一定會人人都願意留下來。屆時，侯莫陳悅如果東進，便誤了爾朱天光約定的日期；如果後退，則又擔心人心浮動、發生變亂，如果那個時候再去勸說侯莫陳悅，事情肯定能成功。”
賀拔嶽非常高興，便命宇文泰到侯莫陳悅的軍中去勸說他，侯莫陳悅便和賀拔嶽一起襲擊長安城。
宇文泰率輕騎為前鋒，爾朱顯壽棄城而逃，被追到華陰抓獲。高歡任命賀拔嶽為關西大行臺，賀拔嶽任命宇文泰為行臺左丞、領府司馬，無論大小事情都交給他處理。
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