東西魏經歷四次大戰，東魏渤海王鑑於洛陽至潼關的道路過於險阻，遂決定調整戰略方向，從晉南方向進攻關中。然而不獨高歡有此眼光，西魏也有人看出晉南攻防的關鍵點，名將王思政搶先在那裡築起了強大的堡壘——玉璧城。
玉璧城遺址
玉璧城處於汾河南岸，城內外水源豐富，即便被包圍，也不會有斷水之憂。加之關城處於臺地，如果加以整修，很容易在這片谷地建成一個易守難攻的堡壘。如此一來，使用少量兵力便可以固守城池，不僅可以有效阻擋晉陽的攻擊，還可以以此為據點，逐步蠶食晉南的土地，甚至有機會威脅東魏的根本重地——晉陽。
從外觀來看，玉璧城像是一個放在高臺上的大箱子。後世記載，玉璧城周長4公里，由於地處臺地，城牆顯得比普通城堡更加高大。在冷兵器時代，這種地勢險要的變態城堡無異於攻城一方士兵的死地。對於這一必爭之地，東西兩方都志在必得。542年10月，高歡率大軍到達絳州玉璧城（今山西稷山縣城南），展開了一次試探性進攻。由於東魏準備不足，而王思政卻是以逸待勞，東魏強攻45天無法得手，只好悻悻而歸。
546年，高歡再度調集20萬重兵，從晉陽南下直撲玉璧城。空前慘烈的玉璧之戰爆發。
這一次進攻作戰，高歡碰上的是西魏傳奇將軍韋孝寬。韋孝寬是長安杜陵人，是當地大姓。万俟醜奴關中之亂時，他便率本鄉豪強從軍作戰，孝武帝西遷後他轉入宇文泰麾下。由於是漢人而不被重用，加之又非元魏舊臣，所以無論爵品還是實職都不高，一直在郡守級別的崗位上，與獨孤信、達奚武等大名鼎鼎的將軍們不可同日而語，但絕不能因此而低估了韋孝寬的能力。韋孝寬具備一切名將的素質，他見識深遠，他後來給周武帝上的平齊策幾乎預言了北周滅齊的過程；他能征慣戰，北周末年三方之亂，幾乎靠他一人之力逆轉了形勢；他機智靈活，因地制宜對抗北齊第一名將斛律光而不落下風；他奇謀百出，幾乎把玉璧城建成北周間諜基地。如果高歡能多活20年，看到他在玉璧面對的是這樣一個怪物級別的人，相信他一定會改變硬攻玉璧的主意。
關於雙方的兵力。西魏守城一方不詳。但有一些旁證之例可供參考。
西魏北周府兵系統正在創建中，府兵與鄉兵的分野此時仍然存在，韋孝寬還掌握著自己手中的鄉兵。鄉兵的規模，規模由千人至萬人不等。例如鎮守邵郡的高涼人（今山西絳縣）楊標，所統鄉兵由最初的二千人發展到鼎盛時的萬餘人。可以推測，已在汾絳一帶作戰經年的韋孝寬，兵力當在1萬人以內。
韋孝寬
東魏方面，從戰後的統計數字推斷，高歡本傳雲：死者七萬人。《周書·韋孝寬傳》雲：傷及病死者十四五。《北齊書·高歡紀》的陣亡比例是十分之二三，估計有所諱言。所以說，東魏軍的兵力大體在15萬左右。
這是一場實力懸殊的戰鬥。
攻城之前，為了避免重蹈第一次玉璧攻城的覆轍，東魏軍進行了針對性的戰前準備。
首先是抹平高度差。針對玉璧城牆相對較高的實際，東魏軍首先在城南和城北堆起了土山，特別是城北地勢尤其險要，東魏軍站在與城牆差不多平齊的土山上，有效降低了仰攻的危險係數。
東魏軍築土山的位置現在已不得而知。但有一點可以肯定，土山必然與城牆牆體有一定距離，否則堆積土山的過程中必然會遭到城頭的弓箭射擊。也就是說，雖然土山高度與城牆拉平，但要從土山上跨上城頭，必然還要藉助器材，例如雲梯之類。所以後來的作戰記錄中，沒有出現東魏士兵直接從土山跳上城頭的記錄。可以推斷，土山的功能，主要在於能使東魏士兵站在同樣的高度上對城內進行弓箭壓制射擊。
同樣的例子依稀可以在魏晉時代的其他戰役中看到。例如官渡之戰時，曹軍龜縮在堅固的營寨中堅守不出，袁紹“為高櫓，起土山，射營中，營中皆蒙楯，眾大懼，太祖乃為發石車，擊紹樓，皆破。”
西魏守軍進行了針對性反制措施。玉璧城南原有兩座敵樓，為了佔據制高點，守將韋孝寬命令將敵樓加高，仍然牢牢佔據制高權，這樣一來，東魏的土山實際上已失去作用。同時，韋孝寬還派兵出城襲擊東魏的土山，奪取土山後盡數毀壞，以徹底破壞其制高作用。
攻城器械
高歡命人向韋孝寬喊話：縱爾縛樓至天，我會穿城取爾。韋孝寬不為所動，派出戴著鐵面具的士兵上城，意在宣示守軍鐵一樣的守城意志。東魏軍善射者元盜向城上射箭，屢中鐵面士兵的眼睛。
關於土山的具體形式，也有異議。有人認為土山實為緊貼城牆堆砌起來的登城坡道，東魏軍可以從坡道上直接登上城頭。但從記載來看，這一說法殊不可解。玉璧城的周長八里，每面約二里，西魏守軍在城南加固的只有兩個制高點。這兩個敵樓顯然不能全覆蓋長達二里的城牆正面。也就是說，東魏軍只要避開兩座敵樓，在其他牆段堆砌坡道，即可順利登上城頭。但現有史料中沒有證據支持這樣的說法，只能存疑了。
堆砌土山的同時，高歡還對城內的水源打起了主意。玉璧城因為緊靠汾河，城中人習慣於出城到汾河汲水。東魏軍遂連夜掘移汾河河道，一夜之間完成作業，使汾河遠遠離開玉璧城的控制範圍。但是這一招似乎沒有起到多大作用，四五十天的圍城之戰中，雙方的作戰記錄中都沒有出現西魏守軍缺水的記載。可以推測，是否因為靠近汾河，城內地下水源豐富，守軍能夠打井取水。
上面攻不過去，東魏轉攻地下，他們在城南大規模開挖地道，企圖一舉攻入城內。
這種攻城法古已有之，春秋時期墨子概括出的十二種攻城法中的穴攻即是。原理很簡單，地道的最大功能在於避開堅固的城牆，直接把兵力投送到城內。
守軍要破解此法，一是要及時掌握進攻方的地道方位，二是要及時堵截對方的進攻兵力。一般的方法是在城內挖地，然後放一個大甕，派聽力極佳的士兵聽地下傳來的挖掘聲音，從而判斷敵方地道的大致方位，以利防禦。在堵截對方兵力上，一般是在城內開挖長塹，或是在敵地道口守株待兔，或是對向作業，找準方向挖通地道，在地道內進行對攻。
韋孝寬基本沿用了這些傳統的辦法。針對東魏的地道作戰，他在城內四面挖開長塹，讓士兵守在地道口。東魏士兵一衝到口部，立即以短兵器予以殺傷，有效遏制住東魏進攻。地道內空間狹窄，單位作戰面只能一個或幾個士兵能有效攻擊，後面援軍再多，也是一個一個上前送死的份。
北朝士兵
見進攻不奏效，東魏軍就縮在地道內與守軍對峙，尋機再衝出來。守軍同樣不敢衝進地道對攻，否則就成了徒耗兵力，利敵不利我。西魏守軍便在地道洞口生起柴火，用皮囊（燒炭或冶煉中的人力鼓風機）往地道內灌煙，燻的東魏軍被迫退出地道外。
地道戰失效，東魏祭出攻城利器，攻車。截止魏晉南北朝時代出現的攻車，大概有撞擊類、鉤扯類和攀援類幾種類型。撞擊類攻車，即採用大型車輛裝載巨大的木柱，吊起後撞擊城牆或城門，用以打開城門或撞損城牆。鉤扯類攻車，在車上安裝立柱，柱頂以活動軸支撐長杆，杆頂有扒鉤或巨斧，車抵近城牆後，長杆頭轉向城上，用扒鉤或巨斧拉扯破壞雉堞。攀援類攻車，一般造的很高，車頂有飛樓，即類似梯子可供士兵行走的器具，這類攻車主要用以輔助攻城一方直接攀上城頭。
從記載來看，“城外又造攻車，車之所及，莫不摧毀。雖有排楯，莫之能抗。”東魏軍主要用的是撞擊類的攻車。把這麼笨重龐大的器械從晉陽帶到玉璧，可見高歡準備這次進攻是下了很大功夫的。
蠻力對抗抵擋不住重型衝車，守軍便想了個邪招。韋孝寬命人縫製面積很大的布，從城上向下張設。這個方法的具體形式不可考，想必是用大布遮蓋東魏軍的視線，抑或是用布緩衝攻車的撞擊力。果然這個辦法收到了效果，衝車攻擊遭到阻滯。東魏軍用長竿縛上火炬伸上去燒布，同時還想伸到城樓上引火，西魏軍便用長鉤綁上利刃，將長竿一一割斷。
衝車和火攻術再度失效。東魏軍重新用起了地道戰，但這次不再是徒送人命的肉搏式進攻，而是技術含量極高的土木作業。
東魏軍在城東面擺開架子，動用極大人力開挖地道，為了防止西魏軍對向作業挖通放煙，地道只挖到城牆底下，邊挖邊在地道中支起木柱以防止坍塌，待地道挖成後，放火燒掉木柱，地道轟然塌陷，地面上的城牆也隨之垮塌。
久攻不下的城牆終於出現了缺口，東魏軍士氣大振，潮水一樣湧向城缺，兵力佔據絕對優勢的東魏軍，只要人進去，就意味著勝利！
關鍵時刻，王思政時代留下的防守理念和韋孝寬的守城準備發揮出巨大作用，面對缺口，守軍迅速反應，運來大木柵擋住缺口，再用磚木加固，東魏軍無法擴大缺口，仍是在狹小的空間進攻，無法發揮兵力優勢，一波攻擊後，仍然打不進去。
攻到這裡，雙方都應該意識到問題了，缺口是不大，但總比地道里開闊，為什麼十幾萬人就是攻不進去。到底哪裡出問題了？
東魏軍的體力問題。
此次作戰，東魏軍在土工作業上耗費了太多的人力。兩度地道戰，尤其是第二次進攻，開挖了二十一條地道。還有一次龐大的汾河改道工程，這也是相當大的作業量。在當時技術條件極為原始的情況下，這樣規模的土工作業是對戰鬥力的直接消耗。所以不難理解，這支疲憊的軍隊，即使在已經玉璧城已經出現致命危險的時候，依然無法把形勢上的優勢轉化為實際勝利。
筋疲力盡的高歡，終於意識到這一頓猛攻有些不合適的地方，但事已至此，沒法貿然撤退，無可奈何之下，他耍起了攻心戰的手段。
高歡派倉曹參軍祖珽向韋孝寬喊話，你們坐困玉璧城這麼久，從沒有任何關中援軍的消息，為何還不投降！韋孝寬自然對這種小伎倆不屑一顧，他答道：玉璧城兵力充足，糧秣足夠，守軍不勞，而東魏卻疲勞發困，哪有剛剛打了十幾二十天的就投降的道理。
事實上祖珽的攻心術確有其事實依據。玉璧之戰打響後，西魏大本營關中迄今沒有任何動靜。縱觀546年九月前後，除了涼州的宇文仲和叛亂外，西魏並沒有大規模戰爭，或是足以影響大局的政治事件，而且，宇文仲和叛亂早在5月份已經被獨孤信、於謹等柱國級的大將平定。西魏完全具備援救玉璧的條件。
但關中方向一直保持絕對靜默。
分析原因，大概有二，一是懼怕東魏的主力軍團。邙山之戰的慘敗如在昨日，以剛剛補充漢人豪強力量的西魏新軍，恐怕難以抵擋多達十五萬的東魏大軍。二是對玉璧城有充分的自信。第一次玉璧之戰，王思政在那裡堅守了四十多天，經過韋孝寬的經營，此次作戰，完全有理由相信能堅持較長時間，這勢必會造成東魏軍的巨大傷亡，過早出兵救援，反而正中東魏軍圍城打援的算中。
事實已不可考。不管韋孝寬心中作何想，他還在硬撐著和東魏人打心理戰。祖珽命人向城中射懸賞書：能斬城主降者，拜太尉，封開國郡公，邑萬戶，賞帛萬疋。韋孝寬不為所動，在懸賞書背面寫道：若有斬高歡者，一依此賞。然後原樣射回東魏軍營。這不由得讓人想起宋金富平之戰時張浚和婁室的互相懸賞，兩者套路如出一轍，只是韋孝寬略不如婁室幽默而已。
情急之下，高歡命人把韋孝寬的侄子韋遷押到城下，聲言韋孝寬再不投降，就殺了韋遷。韋孝寬對此毫不顧惜，仍堅持抵抗。城中士兵被韋孝寬舍家為國的氣概感動，士氣更加高昂。
硬攻和心理戰都不奏效，該怎麼辦。如果換成一般人，或許會知難而退，儘量減少損失。但偏偏統帥是高歡，一個有著充足信心和智慧的世之梟雄，一個帶著傾國之兵意圖消滅敵國的偉大統帥，讓他在一個小小的玉璧城下止步，這是何等的恥辱。
帶著梟雄特有的死不罷休式的堅韌與果決，高歡命令全軍繼續猛攻。
東魏軍拖著疲憊的身軀和絕望的心情繼續用肉體向玉璧城撞擊，直到他們再也打不下去。此時侯景在邵郡方向失敗的消息也已在大營傳開，西魏邵郡守將楊標率兵反擊侯景，侯景力不能支倉惶撤退，為防楊標越境來追，東魏軍沿路伐木擋道六十里，才勉強擋住西魏人的追擊。種種跡象表明，第二次玉璧之戰又將失利。
時間已經進入十一月，北方的嚴寒給東魏軍帶來極大的困難。寒冷的天氣和巍然屹立的玉璧城徹底擊潰了東魏軍繼續進攻的信心。在苦戰五十多天後，東魏軍的靈魂人物垮了。
高歡意識到他的身體和部隊一樣，不能在這麼硬撐下去了。他下令，全軍撤退。
全軍將士都非常震驚，有關主帥被西魏人弓弩射中的謠言像野火一樣在軍營裡蔓延。軍心一發亂的不可收拾。高歡沒有時間理會這些，他命人將在城下陣亡的七萬士卒合葬在一座大墳裡，然後緩緩拔寨退兵。
唯一稍可安慰的是，西魏人沒敢出城追擊。
高歡
但一切都結束了。高歡已經五十二歲，無情的歲月一點點摧殘著他的身體，玉璧城便是這一切的終點。在疲勞和沮喪的雙重打擊下，曾經強健無比、令西魏人膽顫心驚的高歡舊病復發，他終於像一個再普通不過的老人一樣，轟然倒在歲月的塵埃裡。
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