見項梁答應決戰，從來就不喜歡正面硬拼的項康當然有些唉聲嘆氣，項羽、桓楚和季布等楚軍猛將則是喜出望外，爭先恐后的向項梁請令擔任先鋒，然后也不出意外，項梁果然把先鋒重任交給了自己最喜愛的侄子項羽，項羽大喜拜謝，卻沒有注意到在帳外等候的韓姓親兵正在仔細觀察著他，還在心里說道：“此人雖然有勇無謀，但明顯更比項康更得項梁喜愛，他如果能象馮仲一樣的對我言聽計從，倒也不失為一個可以考慮的對象。”
不過項康的提醒也不是毫無作用，次日一早，楚軍主力先是小心翼翼的渡過汶水，欺近濟水渡口下寨，然后立即搭建大量浮橋，以便楚軍進兵決戰。秦軍那邊卻是毫無動靜，眼睜睜的看著楚軍搭橋開路，疏通直抵自軍營外的進兵道路。
第三天清晨，楚軍開始西渡濟水，先是在濟水西岸建立起了堅固的阻擊陣地，然后才出動主力過河，從容而又小心的踏足濟水西岸。秦軍方面則是遵守諾言，直到上午巳時三刻才出動軍隊，大步過來與楚軍主力正面決戰。
不擅長陣戰的項康依然還是被項梁留下守衛營地和渡口浮橋，保護楚軍主力退路，不過與魯縣那一戰不同，楚軍不但在心理方面處于上風，還又會同了此前被包圍而無法參戰的楚軍偏師，將出戰兵力擴大為六萬五千余人，所以項梁也沒擺上次的烏龜陣，直接布置了一個攻守兼備的方陣。
主動發起進攻的依然還是秦軍主力，在章邯的旗號指揮下，秦軍兩翼包抄，猛攻楚軍方陣比較薄弱的兩個側翼，可惜項梁的陣戰經驗卻遠在章邯之上，早早就在楚軍兩翼部署了精銳軍隊駐守，排列著密集橫隊，先以弓弩迎頭痛擊秦軍的沖陣之兵，繼而又兇狠的揮舞長矛戰戟，把迎面沖來的秦軍打得抱頭鼠竄。
沖不動楚軍兩翼，章邯只能是改為向楚軍的背后下手，派遣車騎步兵混合編制的軍隊迂回到楚軍背后，同時正面進擊，妄圖前后夾擊楚軍的方陣。然而項梁的令旗揮動間，項梁突然帶著楚軍騎兵從陣中殺出，猛沖秦軍向楚軍背后迂回的軍隊，并且力戰擊潰了秦軍的混合軍隊，取得守功。
接下來的戰斗，得到項燕親傳的項梁用千軍萬馬當面給章邯上了一堂軍事課，在項梁的令旗指揮下，楚軍將士或是有條不紊的迅速變陣，或是主動出擊，把不斷沖來秦軍殺得連連后退，臨陣指揮讓章邯眼花繚亂，自嘆弗如，又在激戰中整體變陣，把楚軍方陣逐漸變換為容易集中力量作戰的數陣，并且正面推進，直接向著秦軍戰陣殺來。
為了達成誘敵目的，也為了盡力爭取勝利，章邯并沒有故意放棄努力，面對著緩緩推進而來的楚軍數陣，章邯不斷的調兵遣將，加強正面防御，還一度分兵去奔襲楚軍渡口，妄圖切斷楚軍退路動搖楚軍軍心。但是很可惜，秦軍的奇襲隊卻被嚴整以待的項康所部正面擊潰，徒勞無功，同時楚軍的密集數陣也象泰山壓頂一樣，把秦軍壓得難以喘氣。
下午接近酉時，和歷史上一樣，章邯麾下的秦軍主力終于還是擋不住項梁軍的正面進攻，中軍正面直接被撕開了一個大口子，楚軍將士乘機殺入陣中，無須項梁指揮就直接變化為錐形陣，秦軍中軍大亂，紛紛向兩翼散開躲避楚軍鋒芒，章邯見勢已極，也只好趕緊下令鳴金，搶在楚軍徹底把秦軍正面切開前收兵回營，項梁乘機揮軍追殺，斬獲極大，秦軍大敗，被迫逃回營中守營，付出了相當不小的代價，也靠著留守營地的軍隊掩護，這才好不容易把主力撤回營中。
再次獲勝后的楚軍又一次歡聲雷動，項梁更是喜形于色，還用馬鞭指著秦軍營地大笑道：“章邯小兒，斗智你斗不過我軍，斗陣你更加斗不過我軍，老夫倒要看看，你這次還能玩出什么樣的花樣？”
大笑過后，乘著天色還沒有全黑，項梁又立即下令收兵，道：“鳴金，收兵回營，等明天再來找章邯小兒算帳，這一次，絕對不能讓這個匹夫再溜了！”