谁也没想到，战斗首先是在南面打响，樊彦直率领两万签军直逼船板山前，结果中了埋伏，被张玘击败；逼得折合孛堇不得不派出五千金骑前去解围，没想到刘正彦的三万大军赶到，刘正彦手下的六千骑兵都是模仿杨志骑兵训练的，同样配备了连弩、标枪和润州工坊的霹雳雷，一举挡住了金军骑兵的攻势。
双方兵力和士气上难成对比，张玘亲率三千精兵上阵搏杀，金军和签军大败，战线被宋军一日推进百里，直逼洛阳城下；杨志就在这时候发动了袭击，有着董先的内应，五千骑兵杀到高琼帐前才被发现，高琼根本来不及抵挡，匆匆抢了战马逃走。群龙无首，加上定北军的内外攻击，新安驿一线的两万签军和一千金军骑兵一夜崩溃。
折合孛堇这才发现不妙，因为自己的军队全部列寨城外，现在两翼被击破，中间的主力压根没有用处；只是定北军的骑兵已经横在大寨与洛阳城之间，折合孛堇只能下令河南安抚使孟邦雄出兵接应自己，与杨志决一死战。
杨志命张玘一军从南面攻打洛阳，刘正彦与自己夹击金、齐联军，两军酣战之际，杨志又命杨仲武、王刚率重骑兵突阵，一举击溃折合孛堇不到万人的骑兵；折合孛堇逃回营寨，孟邦雄损失了四千多人，不得不退回洛阳。这时候杨志才出动热气球，对于还在固守的金军二十四寨扔下脂水，射入火箭烧寨；由于热气球在高空看得清楚，烧的都是营寨的军中帐、马棚、粮草，金营中一片混乱。
此刻，连折合孛堇都失去了斗志，他很清楚，对面根本不需要攻打，只要过上一个时辰烧一次，自己手下的军队就会完全失去斗志，根本等不到援军来临的一刻；折合孛堇下令全部乘夜突围，可是没想到定北军不断射入火箭，即便坚持到夜里，金军营寨与四周依旧是亮如白昼。
洛阳城那边连续不断的厮杀声显示出宋军在连夜攻城，热气球上投下的霹雳雷成了压垮金军的最后一根稻草，急于逃生的签军根本顾不上其他，唯一的念头就是逃离战场；加上宋军在喊，放下武器就可以活命，真正冲出去火海的签军大半选择了放下武器。
还在指挥突围的折合孛堇猛然想起杨志一次次释放签军的行为，顿时醒悟，这就是杨志的险恶用心，签军明白投降不死，一旦陷入困境，根本不会血战到底，能做的就是尽快投降。折合孛堇明白大势已去，让部将杨德胜穿着自己的盔甲带领剩下的骑兵突围，自己换了签军的衣服混在步军中逃走。
杨德胜被王刚生擒，二十四寨中有三寨六千多人直接投降，剩下的被杀死烧死一万多人，生擒三万人；张玘在得到刘正彦增援后，黎明时分攻进洛阳，孟邦雄束手就擒，樊彦直狼狈逃窜。齐、金十万联军土崩瓦解。而逃到洛阳东北的溃军在白马山遭到王善手下大将田奇的伏击，田奇俘虏两千多人，夺得战马六百多匹。
洛阳战事不到两天两夜就结束，让正在驰援路上的完颜当海、完颜台实是目瞪口呆，完颜宗望一接到樊彦直兵败的消息就说不好，让两人率领两万骑兵增援洛阳；没想到才到郑州，就得知洛阳告急，随后在路上遇到宋军的伏击和骑兵的干扰，连夜挺进一百里，可还是迟了一步，只接应到折合孛堇、樊彦直等近万逃兵。
骑上战马的折合孛堇一脸羞愧地说：“多谢，要不是二位将军前来，我等恐怕难以逃出生天。”
完颜当海清楚此言不假，对方能派出骑兵和弓箭手埋伏在这条路上，对于这上万已经没有斗志的溃军来说，就是收割生命；完颜当海问清楚情况，望着折合孛堇说：“我等先退回郑州，等元帅命令再说。”
完颜当海这点自知之明还是有的，可不想以自己的两万人去硬撼杨志的十万大军，成全对面的威名；折合孛堇还能说什么，自己都已经惨败至斯，哪怕官职比完颜当海高，折合孛堇也只能点点头同意。
洛阳大捷的战报震惊了杭州，一战歼敌八万多人，还收复了洛阳；都猜想会有奇迹，但是谁也没想到在杨志指挥下，整个战事会如此的顺利。而杨志上报的战功中，翟兴的旧部张玘是首功，紧接着才是杨志手下的大将徐文与淮西名将刘正彦；这在朝中引起了不小的涟漪，和当年杨志在京畿路一样，用的人不少是定北军以外的，杨志照样能挖掘出他们的潜力。
宋徽宗对于这样的场面还是比较轻松的，笑着说：“张玘、徐文、刘正彦，这三个人原本都是康王手下的人，可是在康王麾下，没有立此大功；说到底，还是康王手下的那几个大将差了一点。”
“谁说不是，要是翟兴让张玘来守洛阳，想必是另外一种局面。”李回也是满腹感慨，这次杨志出击，真正是联军，杨志自己的嫡系不过五万人，剩下的王善、刘正彦、张玘、胡松年都是临时调给杨志的，可就是这样，杨志两天两夜歼灭八万金军，收复洛阳；而翟兴，放弃洛阳的举动，让御史们忍无可忍。
钱盖出列道：“圣上，应该催杨志迅速出兵，解汴梁之围；否则时间一长，好不容易凝聚起来的斗志就会减退；再说目前这样的局势，地方上的治理也是一个问题，朝廷应该让原先的官员回到各地。”
钱盖的心思很简单，让杨志尽早打完仗回长安，河南还是交给康王；宋徽宗微微一笑，这件事没有那么简单，没有足够的利益，就算杨志同意，自己和赵楷也不会答应。出于整个战略的考虑，宋徽宗并不想把洛阳与商州这些要道交到康王赵构的手中，原先是翟兴控制着洛阳没有机会，现在宋徽宗相信杨志会听杭州的。宋徽宗问李回：“枢密院的意思呢？”