七月初六，先行到达的耶律杀等人首先与宋太宗亲自督战的宋军精锐展开了交火，两军战于高梁河，耶律沙力战不支而败退。然而，就在宋军追击至傍晚时，匆匆赶来的耶律休哥、耶律斜轸等人命令手持火炬列阵，接纳耶律休歌的溃军。宋军见天色已晚，估摸不清来援人数便暂且与之对峙按兵不动。结果耶律休哥、耶律斜轸等人反而趁着夜色，在耶律沙整军推进从左右两翼靠近宋军，展开冲杀。
一时间，杀声震天，耶律休哥也是身先士卒，身被三创犹力战。糟糕的是，就在这时，听闻援军到来的幽州城内守将耶律学古也开门列阵冲杀，并鸣金大吼，营造出一种大军已至的紧张氛围。
宋军已经在幽州城下鏖战二十多日，加之四面被围，只得连夜南退、争道奔走，最终在辽国军队的追击下演变为了溃败，死伤万余人，获兵仗、器甲、符印、粮馈、货币不可胜计，连赵光义都在乱军之中与诸多大将走散。幸好慌乱之中，赵光义的近臣找来一架驴车供其乘坐才在乱军之中得以逃脱。
《辽史·本纪第九》则将其记载为：秋七月癸未，沙等及宋兵战于高梁河，少却；休哥、斜轸横击，大败之。宋主仅以身免，至涿州，窃乘驴车遁去。
