待敌军进入陷阱范围，程昱一声令下：“放箭！点火！”关两侧山林中箭矢齐发，关前陷阱轰然引爆，巨石滚落，火光冲天，董卓大军顿时陷入混乱，死伤惨重。李傕、郭汜见状，才知中了埋伏，连忙下令撤军，却被江东子弟和曹军将士追击，又折损了五千多人，只得狼狈退回长安，再也不敢轻易出关。程昱见董卓大军退去，当即派人将消息送往洛阳，告知曹操函谷关安然无恙。
此时的洛阳城外，袁术大军已连续攻打了三日，洛阳城防虽有损伤，但鲍信、乔瑁麾下将士依旧死战不退，袁术大军伤亡已达两万余人，联盟内部开始出现裂痕。张咨见攻城不利，又听闻董卓大军偷袭函谷关失败，心中打起了退堂鼓，暗中召集麾下将领商议：“袁术势单力薄，难以攻破洛阳，若再耗下去，我等兵力只会损失殆尽，不如趁早撤军，保全自身实力。”麾下将领纷纷附和，张咨当即决定，当晚便率军悄悄撤离。
入夜后，张咨率领部众悄悄出营，向南阳方向撤退，却因慌乱中惊动了巡逻的袁术亲兵。亲兵连忙将消息禀报袁术，袁术大怒：“张咨匹夫，竟敢临阵脱逃！”当即下令韩暹率领五千兵力追击张咨，务必将其斩杀。韩暹本就对袁术不满，又不愿损耗自身兵力，只象征性地追击了一段路程，便率军返回营寨，谎称未能追上张咨，袁术虽有疑虑，却也无暇深究，只能强压怒火，继续筹备攻城。
第四日清晨，曹操率领三万大军终于抵达洛阳城外，远远便看到袁术大军正在攻城，城头守军已是强弩之末，不少将士身负重伤，却依旧奋力抵抗。曹操见状，眼中闪过一丝怒火，当即下令：“全军出击，分三路包抄敌军，务必重创袁术大军！”曹军将士早已憋足了力气，闻言纷纷呐喊着冲向敌军阵营，张辽、夏侯惇、夏侯渊分领三路大军，如猛虎下山般直扑袁术军营。
袁术大军正全力攻城，毫无防备，被曹军突如其来的袭击打懵了，顿时陷入混乱。张辽一马当先，手持月牙戟，斩杀了袁术麾下数名将领，曹军将士紧随其后，奋勇杀敌，袁术大军阵脚大乱，纷纷向后逃窜。鲍信、乔瑁在城头上看到曹操大军到来，士气大振，鲍信高声喊道：“主公援军已到，将士们，随我杀出城去！”说罢，亲自率领一万将士打开城门，从城中杀出，乔瑁则率领剩余将