庞统早有准备，一边命张嶷、张翼率领无当、无前两营飞军从伏牛山中绕到贾逵之军的后面展开合围，一边命庞德、程祁、关平、樊岐、郭攸之、相虎、苗瓠、傅士仁、董超、董衡等其余各军依托营垒，弓弩齐发，给予叶县之内的徐晃、叶县之外的贾逵以最大杀伤。
然而徐晃知道此时必须突围而出，若是不能成功突围，那就只有全军覆没的结果，于是徐晃驱使大军奋勇厮杀，即便损失惨重却也在所不惜。
混战之中，关平斩杀曹军将领张顺，庞德斩杀曹军大将朱盖。最终徐晃从内拼死厮杀，夏侯霸从外奋勇突进，两路曹军生生用人马尸体填平了沟壑，堆平了汉军的营垒，这才成功杀入汉军营垒。
庞统眼见曹军搏命之下，人人奋勇，居然成功会师，当下急忙下了死令，叫各军奋战。程祁统领的七千人原是黄忠的部下，练的是鱼鳞军阵，十分精锐，当下庞统亲自督率着程祁所部七千人为主力，结阵往准备撤退的曹军压了上去。相虎、苗瓠为左翼，董超、董衡为右翼，庞德率领骑兵往来支应，其余各军奋勇厮杀。即便营垒被曹军堆平，但汉军野战却也并不怵曹军。
奋战之战，终究是曹军本欲撤退，当即且战且走，往北而去。庞统则统率各军，在后掩杀。直杀至伏牛山与桐柏山之间的谷道时，张嶷、张翼两军从山上杀出，截击曹军。
贾逵也早知道撤退路上不会太平，暗留了夏侯儒督率五千骑兵在后，此时见汉军果有伏兵杀出，当下急忙命夏侯儒率军阻拦。夏侯儒挥军直进，被张嶷、张翼用连弩阻遏住了冲击之势，随后列阵往上，朝夏侯儒的骑兵压了过去。
虽然二将占了上风，却也没有余力去攻击贾逵、徐晃的主力了。
贾逵、徐晃因此得以顺利率领大军退入了设在谷口的营寨，李绪、文休二人领兵三千把守营寨，阻挡追兵，贾逵、徐晃则率军立即撤退，往襄城而去。
及至庞统挥军攻破了曹军营寨，斩杀文休，生擒李绪之时，贾逵、徐晃等人已经去的远了，追之不及。
庞统只得作罢，进兵北上，夺取了昆阳城，打听得曹丕已经逃往河洛，夏侯尚已经分兵据守轩辕关和太谷关，夏侯玄已经在阳翟、襄城整备城防，在这种情况下，突袭的时机已经丢失了。
当下庞统只得下令全军休整两日，医治伤员，收敛战死士兵尸骨，统计将士功劳。经过清点，叶县一战，曹军临阵战死一万二千七百余人，重伤而亡者一千余人，被俘者三千二百余人，总计损失一万七千余人。贾逵、徐晃仅只率领着二万一千余残兵败将逃走。
汉军倚仗营垒坚守，伤亡人数却远远少于曹军，共有四千五百余人，约是曹军的四分之一，其中二千七百人战死，其余重度、中度以上伤者一千八百余人。
这当然是一场大胜，但是庞统却有些不满意，毕竟既没能全歼曹军，也没能擒杀徐晃、贾逵等曹军主将，总觉得是有些美中不足。
而除了庞统之军外，黄忠率领的大军一路狂飙突进，非战斗减员也有一千余人，在颖水边上遭遇许褚的骑兵突袭之时也折损了六百余人的藤甲兵和三四百人的屯田兵，总计折损二千余人。