正在远处观望的刘琨见此情景，虽痛心与己军的损失，但依然胸有成竹。刘琨派韩据率步兵挑战，就是怕汉国军士害怕鲜卑骑兵而不敢出战，所以让韩据领几千步兵前去挑战，寄希望于引诱匈奴骑兵出战。匈奴骑兵本就善于进攻，不喜于防守，见有机可趁，果然上当。
刘琨一看时机已到，就命六修率一万骑兵冲击兰阳左路，命普根率一万骑兵冲击兰阳右路，两支鲜卑骑兵风驰电掣绕道汉国骑兵身后，左右夹击兰阳；韩据步兵也不再后退，而是转守为攻。战场形势瞬间突变，两万汉军被三支晋军包围在灵石城下。这时，兰阳已无法退入城内，只好硬着头皮作殊死搏斗，不消半个时辰汉军大败。兰阳无奈，率领败军向汾水关逃去。
刘琨命普根率一万骑兵追击兰阳，而命令韩据步兵迅速攻城，而六修骑兵在城下奔驰，向城中放箭。灵石城中见大帅带领主力向南逃窜，也顾不得守卫城池，打开南门纷纷逃去。灵石城仅仅是一个军事城堡，城小而墙矮，如不借助众多兵力，本就极难防守。
兰阳率军向南逃去，普根在后紧紧追赶。当汉国骑兵逃到汾水关下，未想温峤率两千骑兵早已迂回埋伏于此处，见敌人奔来，快速向前堵住。汉军越逃胆越小，见前有敌军，已吓成惊弓之鸟，快速穿越温峤部，退入汾水关。
汾水关仅仅是进入平阳郡要道的关隘，城池比灵石更小。兰阳此时已不敢强守，从南面进得汾水关，没有下马，当即就从北面逃出，逃向平阳郡内。温峤和普根合兵一处，没费吹灰之力，便占领了进入平阳郡的桥头堡汾水关，平阳郡近在眼前，大门已经向晋军开启！
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