韩信帅军到达，深知兵力悬殊，强攻必然失败，于是在离井陉口很远地方把军队驻扎下来。当韩信得知李左车的建议没有被采纳，赵军主帅陈余有轻敌情绪和希望速战的情况后，立即指挥汉军进到离井陉口二十余里远地方扎下营来。夜半，韩信派两千骑兵，每人带一面汉军的旗帜，趁着天黑悄悄从山间小道进发到赵军大营的侧后方埋伏起来，等第二日两军交战，赵军离营之时，攻入营中，把赵军旗帜换上汉军旗帜。
第二天两军交战，韩信背水列阵，成安君陈余见后笑韩信不懂兵法。更加骄傲自大起来。于是率大军倾巢而出，欲生擒韩信。双方大战良久，韩信下令士兵撤到水边。赵军见状以为汉军败局已定，纷纷抢先立功，直逼汉阵。汉军因临河而战已无路可退，所以个个奋勇，人人争先。双方激战多时，赵军仍未能获胜。这时赵军军营空虚，韩信预先伏下的两千骑兵趁虚而入，在赵军营里遍插汉军军旗。交战中的赵军突然发现背后大营插满汉旗，顿时全军大乱。韩信率军趁势反击，将二十万赵军杀得大败，斩杀赵军统帅陈余，生擒赵王歇。
井陉之战，韩信以数万兵力，背水列阵，灵活用兵，一举击败数倍于己的赵军，实在是历史上为数不多的经典战例。但韩信背水之战的成功还是存在很大侥幸的。李左车的计策没被采用就是赵军惨败的一个重要原因之一。后世也有很多人效仿但失败者居多，以至于背水之战很多有名的将军都不敢轻易采用。
