可战斗打响后，仆固怀恩却违背军令——他因不满李光弼的节制，又受鱼朝恩暗中唆使，竟率部直接冲向叛军阵中，而非佯装败退。
叛军见唐军主动进攻，立刻展开反击，仆固怀恩所部很快陷入重围，士兵死伤惨重。
李光弼在侧翼见局势失控，急忙率主力出击，试图救援仆固怀恩，却被叛军主力缠住。
史思明见状，立刻下令叛军分兵两路：一路继续围攻李光弼主力，另一路则绕至唐军后方，突袭唐军大营。
唐军大营守军较少，很快被叛军攻破，营中粮草、兵器尽数被叛军缴获。
唐军士兵见大营被破，军心大乱，纷纷溃散。李光弼虽奋力抵抗，却无法挽回败局，只能率残部突围，逃往闻喜。
邙山之战，唐军损失近三万人，大量兵器、粮草被叛军缴获，河阳等地也再次落入叛军手中。
此战的惨败，与邺城之战如出一辙——皆因宦官干预军事、将领不和导致。
战后，鱼朝恩再次将责任推给李光弼，向肃宗诬告“李光弼指挥不力”，肃宗虽未治李光弼罪，却将其召回长安，改任李若幽为朔方节度使。
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