出征的孙传庭
战斗持续进行。在郏县、汝州李自成动员组织部队构筑小土城20余座，深沟高垒，布阵五重，由外及内，最外一层为参战不久的新兵，次为久经战阵的步兵，再为精骑兵，再为决胜骁骑，最内为老营家口。骁骑阵列右、左、前三线，名三堵墙，即第四重，各7200人，分别高举红、白、黑色战旗；同时让刘宗敏率领一支由万人组成的精锐部队，绕道沿嵩山背面袭击白沙。白沙是当时由洛阳通往汝州交通干线上的必经要地。在当地民众支持下，农民军出敌不意，夺取了白沙，断绝了明军粮运的通道。明军从陕西来到河南中部，长途跋涉，粮饷本来就不能保证供给，士兵饥疲，士气沮丧，一听说白沙被农民军攻占。
十七日，汝州出现明军哗变。孙传庭心如火燎，急忙分兵三路，让陈永福留守，自己索性带着白广恩和高杰，分别一从大路，一从小路，回师洛阳，筹运粮饷。本来明军的阵势已经混乱。孙传庭这么一走，明军也就乱了起来，纷纷逃散。陈永福三令五申，予以制止，也无济于事。后来采取杀一儆百的办法来压服，结果，压而不服，不仅不能制止士兵的逃跑，反而逃跑的士兵越来越多。
时大雨不止，一下就是七天七夜。明军无粮，饥疲沮丧，毫无斗志，装有火器的战车在雨天泥泞中派不上用场，这就为农民军的总反击，造成了极为有利的时机。汝州、郏县是农民军的占领区，农民军早已做好了歼敌的充分准备，这里的民众也以积极的态度支援农民军。这些都有利于农民军而不利于孙传庭。
汝州围歼，传庭兵败
到了二十二日，李自成命令部队展开攻势。明军以炮火优势进行出击，连续突破了三重防线，靠近第四重防线。集结在汝州、郏县、襄城的数十万农民军，一跃而起，旌旗如林，人如潮涌，步兵骑兵互相配合，杀向孙传庭的营垒。孙传庭最害怕农民军的就是这种"三堵墙"战法。现在，"三堵墙"正出现在他的面前，使他愈加惊慌。加上天在不停地下着大雨，明军的战车陷于泥泞中。"火车营"的头目白广恩看到农民军逼近自己的营垒，仓皇失措，急忙率部撤退。
农民军斗志昂扬，骑兵奋勇追击，步兵手持大棒，朝着敌军的头上猛打，明军无处躲身，一个个脑浆四溅，血肉横飞，乱糟糟地倒在战场上，掉进泥滩中，死者达数千人之多。高杰眼看大势已去，赶忙挥众西窜，疲于奔命。农民军跟踪追杀，不给溃敌喘息机会，一昼夜追击400里，到达孟津，明军全部就歼，"死亡四万余人，尽丧其军资器仗"。由孙传庭苦心经营的王牌火车营就这样全部被歼。
明军主帅孙传庭，眼看全军覆没，畏罪自杀未遂，被亲随残兵拥入潼关。在郑县的陈永福，陷于农民军的重围之中，也被杀得丢下辎重，只顾逃命。
汝州战役，是李自成农民军打垮明朝主力军的一次决定性的大会战。这次决战的胜利，作为明王朝的重要支柱和逞凶一时的孙传庭，全军倾覆，他本人落荒而逃。有评论家说："孙传庭溃于汝州，而明遂不支。"还说：如果孙传庭这次不败，"明之亡，未必如其速也"。这些评论，足以表明汝州歼灭战在当时所产生的深刻影响！
