遼軍在大同府一共有八萬五千人，其中五千契丹人留守大同城。
其餘八萬大軍則參加和宋軍的決戰。
八萬遼軍也一步步走近，在距離宋軍約五里外停住了腳步，他們也佈下陣型，三萬熟女真軍隊爲前軍，負責連續衝擊宋軍主陣。
乃蠻部和烈山部爲左右翼，達旦部爲後軍，一萬奚軍和一萬渤海軍爲中軍，耶律萬山親自指揮大軍作戰。
三萬前軍中有兩萬騎兵和一萬步兵，他們是整個戰爭的關鍵。
耶律萬山心中很矛盾，熟女真部的戰鬥力遠不如生女真，讓他們打前軍是否明智？
但他必須要貫徹天子耶律洪基的意圖，利用戰爭來削弱熟女真的實力，也就是說，這三萬軍隊必須全部消耗在大同戰場上。
這對耶律萬山是一個政治任務，但執行了政治任務，會對軍事上有削弱，其實按照他最初的意圖，是讓三個草原部落爲前鋒。
一方面是三個草原部落堅決不肯，另一方面就是天子耶律洪基的政治壓力，使耶律萬山最終制定了這個不是很滿意的陣型。
三萬熟女真士兵已經準備就緒，第一波和第二波都是騎兵攻擊，在騎兵衝開對方防線後，第三波步兵將殺進敵軍陣中。
但他們面對的是十五萬宋軍，巨大的壓力簡直讓他們絕望。
熟女真就是進入農耕文明的女真人，和完顏家族的生女真差異很大，他們定居在鴨綠江北岸，有的生活在城中，做小本生意和其他營生，有的生活在農村，那就主要以種田爲生。
女真人一直和高麗人的關係比較密切，當遼國和高麗人關係惡化後，女真人自然會被遼國朝廷懷疑。
尤其現在遼國朝廷財源枯竭，爲了奪取更多的財富，耶律洪基開始打上很多種族的主意，漢民不用說了，是第一個被剝奪財富的，然後是生女真和克烈部，在契丹內部清洗一輪後，耶律洪基的目光便盯住了比較富裕，但又和朝廷關係不睦的熟女真人。
把女真青壯男子送上戰場，剩下的老人和婦孺就任由他們處置了。
‘咚！咚！咚！’
準備出戰的鼓聲已經敲響，準備第一波衝擊的女真遼軍勒緊了戰馬，遼國已經出現嚴重的生鐵危機，五十萬漢民被宋軍救走，而其他民族在採礦和冶煉上都跟不上，使遼國的生鐵產量銳減七成，品質也不合格。
女真人都是清一色的皮甲，手提舊長矛，還配一面木盾。
戰馬打着響鼻，不斷地擊打着地面，這時，耶律萬山戰刀一揮，戰鼓聲驟然緊促。
女真人大喊一聲，“殺啊——”
一萬騎兵率先殺出，萬馬奔騰，激起漫天的塵土，向宋軍大陣殺去........
宋軍弩陣中，都統制楊英喝令道：“擋馬板升起，弩炮準備，弓弩手準備！”
黃旗揮舞，一張張擋馬板迅速支起，形成了長達兩裡的阻擋板，緊接着三百六十架弩炮裝上了鐵匣弩箭，每架弩炮各有兩名強壯的士兵奮力上弦。
九千名弩士兵列隊成三排，一起舉弩瞄準了奔騰而來的遼軍騎兵。
遠處第二支萬人騎兵隊也跟着奔跑起來，兩萬匹戰馬奔騰，形成了戰馬的海洋，大地在顫抖，黃紅色的塵土遮天蔽日，一匹匹戰馬彷彿從混沌世界裡衝出的野馬，長長的鬃毛飛揚。
騎兵距離宋軍越來越近，五百步、三百步、兩百步......
最前面的騎兵率先進入弩炮的殺傷距離。
紅旗揮下，三百六十架弩炮同時發射，無數的小黑點騰空而起，形成了一片蝗蟲般的黑雲，鋪天蓋地向敵軍大陣裡射去。
儼如暴風驟雨般的鐵箭雨射進了敵軍羣中，鐵弩箭異常強勁，嗖嗖地呈直線射進騎兵羣中，射穿了盾牌和皮甲，射穿了士兵的身體，無數騎兵翻滾落地，戰馬也同樣被射中，直接撲倒在地，將背上的騎兵甩出去，一輪箭便損失了兩千多名騎兵。
緊接着第一輪三千弩軍也放箭了，三千支弩箭騰空而起，向鋪天蓋地的敵軍射去，第一排射完，開始迅速拉弦放箭，緊接着第二排發射，片刻，第三排發射。
這時，精鋼弩炮開始第二次射擊。
遼軍騎兵只奔出短短百步，便遭遇到近三萬支箭的猛烈打擊，包括兩萬支鐵弩箭和九千支弩箭。
遼軍騎兵傷亡超過六千人，令他們膽寒了。
但再膽寒也無法退回去，後面一萬騎兵已經跟着殺上來了，他們也只能硬着頭皮向敵軍陣營猛衝。
這時，最前面的數千騎兵距離宋軍的距離只有八十步，精鋼弩炮已經撤下去了，九千弩兵一起舉弩，對準了越來越近的遼軍。
九千支箭一起發射，儼如秋風掃落葉，一片人仰馬翻後，只剩下一千多人還在馬上。
而第二支萬人騎兵羣距離宋軍也只剩下一百五十步，楊英喝令道：“弩軍撤退，長槍兵結長槍大陣！”
九千弩軍士兵迅速後撤，三萬長槍兵一步上前，兩丈長的槍密密麻麻，形成了一片長槍海洋。
在三萬長槍兵的前面是兩里長的擋馬板，上面佈滿了密集的木樁尖刺。
一千多騎兵終於率先殺到了宋軍的大陣前，他們纔看清楚，前面竟然是一排長長的木板，木板上佈滿了尖刺。
戰馬根本跳不過去，只能眼睜睜撞上去，很多士兵都恐懼得慘叫起來。
“轟！”上千名騎兵撞上了擋馬板，有的撞碎了擋馬板，直接衝進密集的長槍中，有的戰馬疾停，人飛了過去，但大多數戰馬都停不住四蹄，直接撞上木板，被長長的木樁尖刺戳穿身體。
但不管怎麼說，擋馬板卸掉了騎兵的衝擊力道，極大減輕了後面長槍兵的衝擊壓力。
第一批一萬遼軍騎兵幾乎全軍覆滅，這次第二批遼軍騎兵殺上來了，真正的廝殺了開始了。
遼軍在付出兩千人傷亡的代價後，終於撞碎了擋馬板，殺進了宋軍長槍大陣中。
這時遼軍全面殺上，一左一右兩支草原騎兵也向宋軍的兩翼殺去，他們明顯殺機不濃烈，猶猶豫豫，沒有那種勢如破竹的氣勢。
範寧看得清楚，喝令道：“左右翼突擊敵軍兩翼，把他們殺退！”
“殺啊——”
種諤大吼一聲，左右五萬騎兵向敵軍左右翼殺去，騎兵瞬間混戰在一起，只激戰了不到一炷香時間，左翼的烈山部率先支撐不住，他帶領手下調頭逃跑，緊接着右翼的乃蠻部也跟着迅速撤退了。
達旦部甚至還沒有和宋軍交鋒，它們也跟着撤退，三支草原騎兵沒命地在曠野裡奔逃，直向北方的草原逃去。
宋軍也並不追擊草原三部，藍色令旗揮動，五萬宋軍騎兵從兩側包圍了敵軍中軍主力。
耶律萬山得到草原三部不敵而退的消息，氣得他破口大罵，這哪裡是不敵而退，分明是臨陣脫逃，而且是約好的臨戰脫逃，否則達旦部就不會連敵軍都沒有碰上，就調頭逃跑。
草原三部的臨陣脫逃，頓時使整個戰局失衡，範寧抓住機會，下令十五萬大軍全部壓上，十五萬大軍將四萬敵軍團團包圍，形成一個巨大的鐵桶陣。
四萬遼軍傷亡慘重，卻沒有一點扭轉戰局的機會，眼看軍隊越來越少，宋軍卻越戰越勇，西軍十分驍勇善戰，騎兵也從外圍向裡面的遼軍放箭，短短一個時辰，四萬被包圍的軍隊已傷亡過半。
副將耶律罕大喊道：“大帥，我們已經必敗無疑，下令突圍吧！”
耶律萬山也知道敗局已定，他大喊道：“全軍向北突圍！”
剩下的一萬八千士兵奮力突圍，但宋軍的長槍陣韌勁強大，他們根本就突圍不出去，傷亡繼續加大。
副將耶律罕被一陣亂箭射中，翻身落馬，被數千匹戰馬踩踏如泥。
耶律萬山渾身浴血，但他終於發現了一個機會，東北角的宋軍稍顯薄弱，好像配合銜接不上。
“跟我殺！突圍出去。”
他率領主力大軍強攻東北角，不顧一切地要突圍出去。
到了中午時分，耶律萬山率領數千騎兵終於從東北角殺開一條血路，衝了出去，卻遭到兩萬宋軍騎兵的阻殺，耶律萬山見無法向北突圍，只得調頭向西突圍。
最終只有數百人突出了宋軍的包圍圈，耶律萬山惶惶如喪家之犬，不敢回大同城，而是向西北草原方向逃去。
激戰了近四個時辰的大戰在下午終於結束，八萬遼兵除了草原三部逃走外，其餘五萬大軍幾乎全軍覆滅，只逃走了數百人。
遼軍陣亡超過四萬人，投降八千餘人，而宋軍也付出六千餘人傷亡的慘重代價。
傍晚時分，範寧率領八萬大軍兵臨大同府城下，五千守軍已經逃走，城門大開，大同知府劉智率領大同官員出城投降。