高仲密佔據虎牢反叛後，西魏宇文泰統率各路大軍來策應高仲密，讓太子少傅李遠做先鋒。他們到達洛陽之後，宇文泰派遣於謹攻打柏谷，奪取了該城，隨後包圍了河橋南城。
高歡也率領十萬兵馬到達黃河北岸，宇文泰把部隊撤到瀍水上游，從那裡放出火船想要燒掉河橋。斛律金派張亮用一百多隻小船裝載著長鎖鏈，待火船快要到來時，就用釘子釘住船，然後牽拉鎖鏈拖到岸邊，橋樑就這樣得以保全。
高歡渡過黃河後，佔據了邙山佈置軍陣，連續幾天沒有進軍。宇文泰把輜重留在瀍曲，夜裡，他指揮部隊登上邙山，準備偷襲高歡。
負責瞭望敵情的騎兵向高歡報告說：“賊兵距離這兒有四十多里，他們是吃飽了乾糧之後來的。”
高歡哈哈大笑，說：“他們一定會渴死在這裡的。”接著，他下令擺正隊形等待敵人的到來。
黎明時分，宇文泰的部隊與高歡的部隊遭遇了，東魏的彭樂率領幾千名騎兵作為右翼，衝擊西魏部隊的北邊，他衝到哪裡，哪裡就潰散，於是直弛入西魏的軍營。
這時有人來報告說彭樂反叛了，高歡非常氣憤。沒多久西北方塵土飛揚，彭樂的使者跑來報捷，說已經俘虜了西魏的侍中、開府儀同三司、大都督、臨洮王元柬、蜀郡王元榮宗、江夏王元昇、鉅鹿王元闡、譙郡王元亮、詹事趙善以及督將四十八人。高歡大喜，將領們乘勝追擊西魏的人馬，打得敵人一敗塗地，共斬首三萬多人。
高歡派彭樂繼續追趕宇文泰，宇文泰狼狽地對彭樂說：“你不是彭樂嗎！你這個呆子，今天你殺掉我了，明天你還有用嗎！你為什麼不趕快回到營地去收取你要的金銀財寶！”
彭樂聽取了他的意見，拿了宇文泰的一袋子金條返回，他對高歡說：“宇文黑獺從我刀刃下漏網，已經嚇破膽了！”
高歡雖然對彭樂取勝感到高興，但同時也惱怒他沒有將宇文泰捉到手，就命令他趴到地上，自己親手揪住他的頭髻，連連往下磕，並且數落他在沙苑戰役中失敗的事。
高歡越說火氣越大，三次舉起刀子要向他劈去，直氣得咬牙切齒，心中的惱怒持續很長時間都無法平息下來。
彭樂滿臉是血，揚起頭求饒道：“求您再撥給我五千名騎兵，我再去為大王您捉宇文泰。”
高歡罵道：“你放掉他是出於什麼目的？怎麼現在又對我說要去捉？”接著，他叫人拿來三千匹絹壓在彭樂的背上，就算是賞賜給他的功勞。
第二天，雙方重振旗鼓又一次交戰，宇文泰率領部隊居於中間，中山公趙貴指揮左軍，領軍若於惠指揮右軍，中軍與右軍合力攻擊東魏的部隊，狠狠地打擊了對方，俘虜了所有的步兵。
在混戰中，高歡的坐騎也被射死，赫連陽順跳下馬讓高歡騎，自己連同七個人隨後保護。眼看追兵趕到了，高歡的親信都督尉興慶對高歡說：“王爺您快跑，我的腰間還掛著一百枝箭，足可以殺死一百人。”
高歡感動地說：“如果我能擺脫這次劫難，我就任命你為懷州刺史，要是你不幸戰死，我就把這個職位給你的兒子。”
尉興慶回答說：“我的兒子還小，您就任用我的兄長吧！”高歡同意了，尉興慶一人殿後抵抗，他身上的箭用盡後被追兵亂刀殺死。
東魏的士兵有逃跑到西魏部隊裡去的，他們說出了高歡所在的地方，宇文泰招募了三千名勇敢的壯士，讓他們手持短兵器，由大都督賀拔勝率領著去攻打高歡。
賀拔勝在隊伍中間認出了高歡，就抓起長矛與十三名騎兵一道追趕上去，追了幾里路，長矛的矛尖都快要觸及到高歡的身體，他叫喊著高歡的鮮卑名字說：“賀六渾，我賀拔破胡今天一定要宰了你！”
高歡嚇得幾乎背過氣去，河州刺史劉洪徽抓起弓箭向賀拔勝射去，射中了他的兩名騎兵，武衛將軍段韶射死了賀拔勝的馬。等到賀拔勝的備用馬趕到時，高歡已經逃跑了，賀拔勝嘆息道：“今天我沒有帶弓箭，這是天意呀！”
由於指揮左軍的趙貴等五位將領戰況不利，戰場形勢發生變化。東魏的士兵又振作起來，宇文泰與他們交戰，再次受挫。恰好天黑下來了，因此西魏的人馬撤退逃跑，東魏的將士則乘勝追擊。
獨孤信、於謹召集了一批掉隊的士兵在東魏部隊的後面進行襲擊，使這些東魏的追兵受到驚擾，西魏的各路軍隊因此才得以保全。
若於惠在夜間指揮部隊逃跑，東魏的人馬在後面追趕，若於惠慢慢地從馬上下來，回頭命令廚師埋鍋做飯，吃完之後，他對身邊的人說：“在長安死還是在這裡死，有什麼區別嗎？”
然後，他叫人豎起戰旗，吹響號角，聚集起離散的士兵緩緩返回。追趕的東魏騎兵懷疑路上有埋伏，竟然不敢逼近，宇文泰終於得以進入關中，駐紮在渭河邊上。
高歡率軍進入陝地，宇文泰派遣達奚武等人進行抵抗。東魏的行臺郎中封子繪對高歡說：“統一東西魏的日子就在今天，昔日魏太祖平定漢中地區的時候，不乘勝佔領巴、蜀，失誤就失誤在猶豫不決上，後悔也沒有辦法，希望大王您不要對此有所懷疑。”
高歡就召集各位將領商議是前進還是就此打住，大家都認為：“野地裡沒有青草，人和馬都已經疲乏至極，不能再作長距離的追趕。”
陳元康說道：“兩雄交戰，已經持續了不少歲月，現在我們有幸取得了輝煌的勝利，這是上天給予我們的好機會，不能夠失去，我們應該乘勝追擊他們。”
高歡反問道：“如果遇上了埋伏，我們怎麼取得成功？”
陳元康回答說：“大王您以前在沙苑戰役中失利的時候，他們都還沒有埋伏，現在他們遭受慘敗，正疲於奔命，怎麼還能夠深謀遠慮？假如捨棄他們不追擊，必然要留下後患。”
高歡不以為然，僅僅派了劉豐生率領幾千名騎兵追擊宇文泰，自己向東返回，終於錯失良機。
宇文泰在行軍到玉璧時派人去召王思政，準備讓他鎮守虎牢。王思政還沒有趕到，宇文泰已經失敗，他就派王思政鎮守恆農。
王思政入城之後，聽說東魏追兵即將到來，不僅不逃，反而下令打開城門，脫了衣服睡覺，又慰問勉力將士們，表示眼下的情況沒什麼可怕的。
幾天以後，劉豐生來到恆農城下，見城門打開，對眼前的一切感到害怕，不敢進去，就帶著部隊回去了。
他走後，王思政就下令修築內城與外城，建起用以偵查、防禦的高臺，經營農田、囤積草料與糧食，從這個時候起，恆農才開始有了防禦設施。
宇文泰回去後請求降職，文帝沒有答應。在這一戰役中，西魏的各位將領都沒有功勞，只有耿令貴與王胡仁、王文達奮力拼搏，立下不少功勞。宇文泰想把雍、歧、北雍三個州交給他們掌管，因為這三個州有好有壞，於是讓他們用抽籤的方式決定。他還分別給他們三人起了新名字，將王胡仁叫做王勇，耿令貴叫做耿豪，王文達叫做王傑，以此來表彰他們的功績。
當初，高仲密準備叛變的時候，曾經暗中派人去煽動冀州的豪傑，讓他們響應自己。東魏派高隆之騎著驛站的快馬趕到那裡，對他們進行慰問安撫，這一地區因此得以平安。
高澄給高隆之寫了一封密信，說：“高仲密的黨徒中，凡是跟他一起叛變到西魏的，應該把他們的家屬全部扣留，今後可以懲戒。”
高隆之認為朝廷表明恩惠的旨意既然已經執行，按理不該回過頭來改變，如果再扣留、處置這些家屬，就等於向百姓顯示朝廷言而無信，假若因此引起人心動搖，這樣損失就大了。於是他在稟告丞相高歡准許後，沒有按高澄的意思去做。
宇文泰派遣間諜秘密潛入虎牢，想命令守城的將領魏光堅決防守。圍城的侯景捉住了這個間諜，把宇文泰的信改成了：“應儘快離開。”然後放間諜進城去，魏光看到信後連夜逃跑了。
於是，侯景俘虜了高仲密的妻子、兒子，將他們送到鄴城，北豫、洛這兩個州又重新為東魏所有。
東魏由於收復了虎牢，對那些已判為死罪的囚犯作了寬大處理，唯獨不赦免高仲密的家人。
高歡考慮到當年高乾在信都起義擁戴自己，高敖曹戰死在河陽，高季式從永安跑來將情況告訴自己的情景，就在孝靜帝面前一一替他們說情，沒讓他們的家人連坐。
高仲密的妻子李昌儀本來應當處死，高澄盛裝去接見她，問道：“今日怎麼樣？”李昌儀默默無語，於是高澄將她收納為妾。
高歡回到鄴城後，將賀拔勝留在東魏的幾個兒子全部整家殺掉了，賀拔勝聽說後憤恨不已，活活氣死。宇文泰聽到賀拔勝的死訊後，流淚對左右說：“各位將領面對敵人的時候，神色都會有所變化，唯獨賀拔勝上戰場就跟平時一樣，真可算是大勇之人啊。”
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