龐統早有準備，一邊命張嶷、張翼率領無當、無前兩營飛軍從伏牛山中繞到賈逵之軍的后面展開合圍，一邊命龐德、程祁、關平、樊岐、郭攸之、相虎、苗瓠、傅士仁、董超、董衡等其余各軍依托營壘，弓弩齊發，給予葉縣之內的徐晃、葉縣之外的賈逵以最大殺傷。
然而徐晃知道此時必須突圍而出，若是不能成功突圍，那就只有全軍覆沒的結果，于是徐晃驅使大軍奮勇廝殺，即便損失慘重卻也在所不惜。
混戰之中，關平斬殺曹軍將領張順，龐德斬殺曹軍大將朱蓋。最終徐晃從內拼死廝殺，夏侯霸從外奮勇突進，兩路曹軍生生用人馬尸體填平了溝壑，堆平了漢軍的營壘，這才成功殺入漢軍營壘。
龐統眼見曹軍搏命之下，人人奮勇，居然成功會師，當下急忙下了死令，叫各軍奮戰。程祁統領的七千人原是黃忠的部下，練的是魚鱗軍陣，十分精銳，當下龐統親自督率著程祁所部七千人為主力，結陣往準備撤退的曹軍壓了上去。相虎、苗瓠為左翼，董超、董衡為右翼，龐德率領騎兵往來支應，其余各軍奮勇廝殺。即便營壘被曹軍堆平，但漢軍野戰卻也并不怵曹軍。
奮戰之戰，終究是曹軍本欲撤退，當即且戰且走，往北而去。龐統則統率各軍，在后掩殺。直殺至伏牛山與桐柏山之間的谷道時，張嶷、張翼兩軍從山上殺出，截擊曹軍。
賈逵也早知道撤退路上不會太平，暗留了夏侯儒督率五千騎兵在后，此時見漢軍果有伏兵殺出，當下急忙命夏侯儒率軍阻攔。夏侯儒揮軍直進，被張嶷、張翼用連弩阻遏住了沖擊之勢，隨后列陣往上，朝夏侯儒的騎兵壓了過去。
雖然二將占了上風，卻也沒有余力去攻擊賈逵、徐晃的主力了。
賈逵、徐晃因此得以順利率領大軍退入了設在谷口的營寨，李緒、文休二人領兵三千把守營寨，阻擋追兵，賈逵、徐晃則率軍立即撤退，往襄城而去。
及至龐統揮軍攻破了曹軍營寨，斬殺文休，生擒李緒之時，賈逵、徐晃等人已經去的遠了，追之不及。
龐統只得作罷，進兵北上，奪取了昆陽城，打聽得曹丕已經逃往河洛，夏侯尚已經分兵據守軒轅關和太谷關，夏侯玄已經在陽翟、襄城整備城防，在這種情況下，突襲的時機已經丟失了。
當下龐統只得下令全軍休整兩日，醫治傷員，收斂戰死士兵尸骨，統計將士功勞。經過清點，葉縣一戰，曹軍臨陣戰死一萬二千七百余人，重傷而亡者一千余人，被俘者三千二百余人，總計損失一萬七千余人。賈逵、徐晃僅只率領著二萬一千余殘兵敗將逃走。
漢軍倚仗營壘堅守，傷亡人數卻遠遠少于曹軍，共有四千五百余人，約是曹軍的四分之一，其中二千七百人戰死，其余重度、中度以上傷者一千八百余人。
這當然是一場大勝，但是龐統卻有些不滿意，畢竟既沒能全殲曹軍，也沒能擒殺徐晃、賈逵等曹軍主將，總覺得是有些美中不足。
而除了龐統之軍外，黃忠率領的大軍一路狂飆突進，非戰斗減員也有一千余人，在穎水邊上遭遇許褚的騎兵突襲之時也折損了六百余人的藤甲兵和三四百人的屯田兵，總計折損二千余人。