高仲密占据虎牢反叛后，西魏宇文泰统率各路大军来策应高仲密，让太子少傅李远做先锋。他们到达洛阳之后，宇文泰派遣于谨攻打柏谷，夺取了该城，随后包围了河桥南城。
高欢也率领十万兵马到达黄河北岸，宇文泰把部队撤到瀍水上游，从那里放出火船想要烧掉河桥。斛律金派张亮用一百多只小船装载着长锁链，待火船快要到来时，就用钉子钉住船，然后牵拉锁链拖到岸边，桥梁就这样得以保全。
高欢渡过黄河后，占据了邙山布置军阵，连续几天没有进军。宇文泰把辎重留在瀍曲，夜里，他指挥部队登上邙山，准备偷袭高欢。
负责瞭望敌情的骑兵向高欢报告说：“贼兵距离这儿有四十多里，他们是吃饱了干粮之后来的。”
高欢哈哈大笑，说：“他们一定会渴死在这里的。”接着，他下令摆正队形等待敌人的到来。
黎明时分，宇文泰的部队与高欢的部队遭遇了，东魏的彭乐率领几千名骑兵作为右翼，冲击西魏部队的北边，他冲到哪里，哪里就溃散，于是直弛入西魏的军营。
这时有人来报告说彭乐反叛了，高欢非常气愤。没多久西北方尘土飞扬，彭乐的使者跑来报捷，说已经俘虏了西魏的侍中、开府仪同三司、大都督、临洮王元柬、蜀郡王元荣宗、江夏王元昇、钜鹿王元阐、谯郡王元亮、詹事赵善以及督将四十八人。高欢大喜，将领们乘胜追击西魏的人马，打得敌人一败涂地，共斩首三万多人。
高欢派彭乐继续追赶宇文泰，宇文泰狼狈地对彭乐说：“你不是彭乐吗！你这个呆子，今天你杀掉我了，明天你还有用吗！你为什么不赶快回到营地去收取你要的金银财宝！”
彭乐听取了他的意见，拿了宇文泰的一袋子金条返回，他对高欢说：“宇文黑獭从我刀刃下漏网，已经吓破胆了！”
高欢虽然对彭乐取胜感到高兴，但同时也恼怒他没有将宇文泰捉到手，就命令他趴到地上，自己亲手揪住他的头髻，连连往下磕，并且数落他在沙苑战役中失败的事。
高欢越说火气越大，三次举起刀子要向他劈去，直气得咬牙切齿，心中的恼怒持续很长时间都无法平息下来。
彭乐满脸是血，扬起头求饶道：“求您再拨给我五千名骑兵，我再去为大王您捉宇文泰。”
高欢骂道：“你放掉他是出于什么目的？怎么现在又对我说要去捉？”接着，他叫人拿来三千匹绢压在彭乐的背上，就算是赏赐给他的功劳。
第二天，双方重振旗鼓又一次交战，宇文泰率领部队居于中间，中山公赵贵指挥左军，领军若于惠指挥右军，中军与右军合力攻击东魏的部队，狠狠地打击了对方，俘虏了所有的步兵。
在混战中，高欢的坐骑也被射死，赫连阳顺跳下马让高欢骑，自己连同七个人随后保护。眼看追兵赶到了，高欢的亲信都督尉兴庆对高欢说：“王爷您快跑，我的腰间还挂着一百枝箭，足可以杀死一百人。”
高欢感动地说：“如果我能摆脱这次劫难，我就任命你为怀州刺史，要是你不幸战死，我就把这个职位给你的儿子。”
尉兴庆回答说：“我的儿子还小，您就任用我的兄长吧！”高欢同意了，尉兴庆一人殿后抵抗，他身上的箭用尽后被追兵乱刀杀死。
东魏的士兵有逃跑到西魏部队里去的，他们说出了高欢所在的地方，宇文泰招募了三千名勇敢的壮士，让他们手持短兵器，由大都督贺拔胜率领着去攻打高欢。
贺拔胜在队伍中间认出了高欢，就抓起长矛与十三名骑兵一道追赶上去，追了几里路，长矛的矛尖都快要触及到高欢的身体，他叫喊着高欢的鲜卑名字说：“贺六浑，我贺拔破胡今天一定要宰了你！”
高欢吓得几乎背过气去，河州刺史刘洪徽抓起弓箭向贺拔胜射去，射中了他的两名骑兵，武卫将军段韶射死了贺拔胜的马。等到贺拔胜的备用马赶到时，高欢已经逃跑了，贺拔胜叹息道：“今天我没有带弓箭，这是天意呀！”
由于指挥左军的赵贵等五位将领战况不利，战场形势发生变化。东魏的士兵又振作起来，宇文泰与他们交战，再次受挫。恰好天黑下来了，因此西魏的人马撤退逃跑，东魏的将士则乘胜追击。
独孤信、于谨召集了一批掉队的士兵在东魏部队的后面进行袭击，使这些东魏的追兵受到惊扰，西魏的各路军队因此才得以保全。
若于惠在夜间指挥部队逃跑，东魏的人马在后面追赶，若于惠慢慢地从马上下来，回头命令厨师埋锅做饭，吃完之后，他对身边的人说：“在长安死还是在这里死，有什么区别吗？”
然后，他叫人竖起战旗，吹响号角，聚集起离散的士兵缓缓返回。追赶的东魏骑兵怀疑路上有埋伏，竟然不敢逼近，宇文泰终于得以进入关中，驻扎在渭河边上。
高欢率军进入陕地，宇文泰派遣达奚武等人进行抵抗。东魏的行台郎中封子绘对高欢说：“统一东西魏的日子就在今天，昔日魏太祖平定汉中地区的时候，不乘胜占领巴、蜀，失误就失误在犹豫不决上，后悔也没有办法，希望大王您不要对此有所怀疑。”
高欢就召集各位将领商议是前进还是就此打住，大家都认为：“野地里没有青草，人和马都已经疲乏至极，不能再作长距离的追赶。”
陈元康说道：“两雄交战，已经持续了不少岁月，现在我们有幸取得了辉煌的胜利，这是上天给予我们的好机会，不能够失去，我们应该乘胜追击他们。”
高欢反问道：“如果遇上了埋伏，我们怎么取得成功？”
陈元康回答说：“大王您以前在沙苑战役中失利的时候，他们都还没有埋伏，现在他们遭受惨败，正疲于奔命，怎么还能够深谋远虑？假如舍弃他们不追击，必然要留下后患。”
高欢不以为然，仅仅派了刘丰生率领几千名骑兵追击宇文泰，自己向东返回，终于错失良机。
宇文泰在行军到玉璧时派人去召王思政，准备让他镇守虎牢。王思政还没有赶到，宇文泰已经失败，他就派王思政镇守恒农。
王思政入城之后，听说东魏追兵即将到来，不仅不逃，反而下令打开城门，脱了衣服睡觉，又慰问勉力将士们，表示眼下的情况没什么可怕的。
几天以后，刘丰生来到恒农城下，见城门打开，对眼前的一切感到害怕，不敢进去，就带着部队回去了。
他走后，王思政就下令修筑内城与外城，建起用以侦查、防御的高台，经营农田、囤积草料与粮食，从这个时候起，恒农才开始有了防御设施。
宇文泰回去后请求降职，文帝没有答应。在这一战役中，西魏的各位将领都没有功劳，只有耿令贵与王胡仁、王文达奋力拼搏，立下不少功劳。宇文泰想把雍、歧、北雍三个州交给他们掌管，因为这三个州有好有坏，于是让他们用抽签的方式决定。他还分别给他们三人起了新名字，将王胡仁叫做王勇，耿令贵叫做耿豪，王文达叫做王杰，以此来表彰他们的功绩。
当初，高仲密准备叛变的时候，曾经暗中派人去煽动冀州的豪杰，让他们响应自己。东魏派高隆之骑着驿站的快马赶到那里，对他们进行慰问安抚，这一地区因此得以平安。
高澄给高隆之写了一封密信，说：“高仲密的党徒中，凡是跟他一起叛变到西魏的，应该把他们的家属全部扣留，今后可以惩戒。”
高隆之认为朝廷表明恩惠的旨意既然已经执行，按理不该回过头来改变，如果再扣留、处置这些家属，就等于向百姓显示朝廷言而无信，假若因此引起人心动摇，这样损失就大了。于是他在禀告丞相高欢准许后，没有按高澄的意思去做。
宇文泰派遣间谍秘密潜入虎牢，想命令守城的将领魏光坚决防守。围城的侯景捉住了这个间谍，把宇文泰的信改成了：“应尽快离开。”然后放间谍进城去，魏光看到信后连夜逃跑了。
于是，侯景俘虏了高仲密的妻子、儿子，将他们送到邺城，北豫、洛这两个州又重新为东魏所有。
东魏由于收复了虎牢，对那些已判为死罪的囚犯作了宽大处理，唯独不赦免高仲密的家人。
高欢考虑到当年高乾在信都起义拥戴自己，高敖曹战死在河阳，高季式从永安跑来将情况告诉自己的情景，就在孝静帝面前一一替他们说情，没让他们的家人连坐。
高仲密的妻子李昌仪本来应当处死，高澄盛装去接见她，问道：“今日怎么样？”李昌仪默默无语，于是高澄将她收纳为妾。
高欢回到邺城后，将贺拔胜留在东魏的几个儿子全部整家杀掉了，贺拔胜听说后愤恨不已，活活气死。宇文泰听到贺拔胜的死讯后，流泪对左右说：“各位将领面对敌人的时候，神色都会有所变化，唯独贺拔胜上战场就跟平时一样，真可算是大勇之人啊。”