見到兩位都護甘冒危險沖進軍營，眾人士氣大振，也不再想著先搶奪戰利，全力與大食軍交戰，要盡快將他們殲滅；劉琦在營中來回奔走，又聽從眾將領奏報進行指揮，封堵住所有逃走之路，全軍將士與大食軍交戰的效率也提高了些。
營中殘存的大食兵頓時變得絕望起來。原本因為大唐將士邊與他們交戰邊搶奪戰利，交戰時三心二意，許多人還可以從南北兩面逃走，北面逃入丘陵輾轉進入副營寨茍延殘喘或就此逸散，南面跳進伊麗河游到對岸生還；可隨著劉琦的一道道命令傳出，這些漏洞都被堵死。
絕望的大食兵見再不能逃走，又知道唐軍幾乎不留俘虜，反而激發兇性，發瘋似的與大唐將士交戰，想要在臨死前再拉幾個墊背的。一時間唐軍進展反而更慢了。
見此情形，劉琦派兵保護好糧食、軍械等放置重要物品的地方后，命人在營中放起火來，要燒死仍負隅頑抗的大食兵。帳篷若能保留固然好，但若燒毀這些帳篷能讓己方少死幾百個兵，那也是值得的。
他這計策果然奏效。人再如何激發兇性，也不能與水火對抗。火焰圍住許多大食兵，這些人或被燒死臨死前發出滲人的慘叫，或在火焰燒到自己身前自刎而死。
也有許多人朝著火焰較為薄弱的沖去，沖過火焰包圍。但當這些人沖出來時，往往立刻就會有十幾支箭矢‘迎接’，剛剛還在躲避火焰的大食兵哪里會防備箭矢，十之**被射中，倒地身亡。
也有身穿鎧甲的大食將領求饒。對于這種人，若他們自己能夠沖出火焰包圍唐軍會接受投降，若自己不能沖出，那只能怨命不好了，唐軍將士是不會冒著危險沖進去救人或者潑水滅火的。
漸漸的，隨著火焰幾乎覆蓋整座軍營，喊殺聲徹底消失，就連呻吟與慘叫聲也幾乎聽不到，滿耳傳來的都是火焰燒著某物的噼里啪啦之聲，火光也沖上云霄，數百里之外都能瞧見。
漸漸的，天空逐漸亮起來，火焰也慢慢熄滅。劉琦命士卒重新進入營中搜檢，確定此時已無活人，大食軍被全殲。
確定這座營寨內已徹底沒有活著的大食兵后，劉琦馬不停蹄，命重新進入營中搜檢的士卒回去休息，自己則帶著侍衛找到李珙，換回鎧甲又趕向副營寨。
他們首先派人勸降，說只要愿意投降營中一人不殺。但營中大食人豈會相信他們的話？不要說守營將領，哪怕最下層的小兵也知道唐軍除將領外向來不留俘虜，對敵之殘酷甚至還要超過他們大食人，哪怕李珙親自上前勸說，又以皇帝的名義保證也不相信。
見勸降無效，李珙下令進攻。唐軍首先使用投石車轟擊足足一個時辰，之后才派出弓箭手掩護步軍攻打營寨；與此同時，許多士卒進入山丘，堵住他們透過山丘逃走的道路。
見后路被堵住，這座營寨的大食人像主營一樣，頑抗到底拼死作戰。唐軍強攻兩日沒能奪下營寨。
見此情形，而且李珙越發著急，劉琦又想出一個辦法。在投石車發射的石塊上包裹一層易燃之物，在投石車發射前點燃，使石塊落在軍營中時表面仍然處于燃燒，點燃營中物品。
這個計策果然起到了作用。軍營中本就有許多易燃之物，而這座軍營的清水來源又僅是一條小溪，每日得到的水只能勉強供將士飲用，根本沒有多少多余的能放在缸里用于滅火，富余的水很快用光，著火石塊點燃帳篷時已無法滅火。
面對這種情況，大食將領決定放棄軍營，逃入丘陵中。可他剛剛組織逃走，唐軍已打破寨門，騎兵殺入營中。又經過一番激烈交戰，絕大多數大食兵戰死，極少數人逃入丘陵，指揮的將領也戰死。而這座軍營被唐軍奪取，也代表著谷口之戰徹底結束，唐軍徹底贏得此戰勝利！