在夺取了河南地区后，蒙恬认为，匈奴人一定会组织反扑。于是他一边修筑防御工事，一边训练士卒，准备先下手为强，打匈奴一个措手不及。第二年一开春，蒙恬就亲率主力由九原渡过黄河，向高阙与陶山进军，另一部则西渡黄河，杀向贺兰山。
在高阙、阳山一带，两军主力相遇，展开激战。匈奴的头曼单于刚刚集结好兵力准备南下，没想到秦军会再次主动出击，于是仓促摆开阵势，准备应战。
与之相反，准备充分、训练有素的秦军有自己的一套成熟战法。当时，秦军的攻击还是以步骑和战车相结合的战法为主，想必是借鉴了当年赵将李牧战胜匈奴的经验。但当年赵军用的主要兵器是弓箭，而此时的秦军却大量装备了威力更大的弩。弩代表着当时军事技术的最高峰。匈奴人普遍装备的是弓，无论射程还是威力都无法与弩相比。而且秦军战车数量较多，上栽各式弩箭，一旦齐射，就是万箭齐发的场面，能对敌军造成极大的心理震慑。
果然，两军接近时，秦军战车在前，阻挡匈奴骑兵的冲锋，后边的弩兵和骑射手张弓齐射，箭如雨下。匈奴被这种强大的攻势所震慑，还未冲到秦军阵前就有大量人员伤亡，士气骤降，阵形大乱，几乎溃不成军。秦军的步骑大军趁机掩杀过去，匈奴主力被彻底击溃，死伤惨重。
