此次，辽军的目标就是身在中军的李嗣源，只要抓住了李嗣源，唐军就会陷入群龙无首的状态。可是，辽军虽然处于进攻状态，可始终无法彻底击溃唐军的中军步兵，反倒是被唐军的步兵方阵杀死了不少骑兵。正当中军方阵与辽军亲卫骑兵陷入鏖战的时候，右翼的云州军团击败辽军骑兵，右翼云州军团有三万步兵，一万骑兵，再加上支援的三万骑兵，兵力几乎接近辽军的两倍。辽军除了原来进攻的萧挞览两万骑兵，还有后来从左翼支援的韩德枢两万骑兵。虽然机动性非常强，可是在同样是骑兵的云州军团面前，辽军骑兵根本没有占据优势。反而是在唐军步骑联合的打压下开始失利。而此时中军两万骑兵也最终击败了来袭的一万辽军骑兵，唐军骑兵开始向围攻中军方阵的辽军亲卫骑兵发起进攻，云州的沙彦珣尤其勇猛，身先士卒的带领手下云州骑兵前来救驾。
眼看局势不利，耶律德光发挥起不羞遁走的光荣传统，不过，他没有退回云州城内，在他看来，眼下野战失利，即使退回城内，也无法守住，而且城内的各大建筑物都会给辽军的骑兵带来阻碍。他反其道而行之，组织起全部骑兵，决定从正面突围。突破唐军防线，直抵喜峰口。而李嗣源的计划则是将辽军逼进云州城内，这样唐军就能凭借步兵优势，来一场攻城战。下了马的辽军骑兵战斗力也颇为强悍，可是在守城战中，还是无法与唐军步兵相比。
耶律德光久久不能战胜唐军的步兵，他仔细观察了战场的局势，发现唐军依然占据着人数上的优势，而且再这样打下去，辽军只怕要交代在这里。于是，他集合起所有辽军，决定从正面突围，接应幽州的赵思温部，在他看来，只要坚守住幽州，这场战争没有白打。
见到耶律德光收缩兵马，李嗣源第一时间组织起步兵方阵进行防御，并将骑兵展开，形成一张大网，试图将耶律德光围困在云州城内。可是契丹人是喝草原狼的血长大的，哪里能让唐军包了饺子？耶律德光集合韩德枢和萧挞览，经过一番简单的商议之后，耶律德光做出了佯攻中军步兵，从两翼突围的策略。左中右三路辽军的主帅依然不变，可是兵力部署上发生了变化，左右两翼的兵力都增长到了三万，而中军的骑兵也是二万，本来有十万的辽军，在战役中折损了两万。而唐军的损失更大，左翼石敬瑭部被击溃，死伤步兵两万，中军和右翼死亡人数也有两万。可是唐军依然有十三万人，在兵力上依然占据优势。
萧挞览和韩德枢率领手下的六万骑兵对唐军的两翼骑兵发起了进攻，这一次他们除了本部的弓骑兵和枪骑兵之外，还额外配备了可汗亲卫骑兵，他们的目的就是撕开一道口子，为突围找到最佳的时机。经过刚才的小胜，唐军骑兵也不示弱，纷纷主动迎击辽军骑兵，而唐军中军依然摆出方阵造型，等待辽军骑兵的突击。如果光是骑兵的对决，还是辽军骑兵更胜一筹。很快，没有步兵的掩护下，唐军左右两翼骑兵就出现了缺口。耶律德光率领预备两万骑兵，直冲左翼空隙，准备从左翼突围。唐军中军方针想要阻挡辽军的突围，耶律德光虚晃一枪，造成直奔中军的架势，中军方针不得不回防，随后，耶律德光趁唐军不注意，率领两万亲卫骑兵一个拐弯，从左翼突围而去。
眼看辽军突围，李嗣源想要率领唐军骑兵追击，可是在辽军优秀的骑射面前，唐军骑兵不是对手，纷纷被辽军射落马下。很快，辽军突围而去。摆脱了唐军骑兵的追击，耶律德光一方面率领主力骑兵直扑喜峰口，他知道石敬瑭全军出动，喜峰口必然无兵守卫。只要拿下了喜峰口，就能保障回到草原的退路。另一路，他派遣韩德枢率领一支万人骑兵前去支援赵思温，并嘱咐韩德枢通知赵思温尽快向喜峰口靠近，幽州可以再次夺回，但是契丹的勇士们决不能折在这里。
李嗣源先是让沙彦珣继续率领云州兵马继续镇守云州，同时让石敬瑭戴罪立功，继续留在军前效力。石敬瑭经过此次惨败，心中不仅留下了恐辽症，反而怨恨起沙彦珣来，在他看来，若不是沙彦珣擅自出击，致使云州失陷，自己早就在喜峰口将耶律德光击败。哪里会遭到此等大败？于是，他率领唐军骑兵追击耶律德光，李嗣源则率领步兵主力随后跟来。
此时幽州的赵德钧，又在唐军将领的策反下，重新回到了大唐的怀抱，在得知了耶律德光战败和李嗣源不再追究叛变责任，继续让他担任节度使的消息时，赵德钧顿时对赵思温一百八十度的大转弯，不仅不再提归附辽国的事情，反而联合卢沟桥外的唐军联合进攻赵思温的辽军，赵思温哪里料的到赵德钧竟然会突然背叛，在唐军的两面进攻之下，被杀的大败，只得逃往喜峰口。逃到张北时，正好与前来支援的韩德枢相遇，追击的唐军本来想要直奔喜峰口，却被韩德枢的生力军一阵冲锋，杀乱了阵脚，只得慌忙退去。
耶律德光早到了喜峰口，见到赵思温和韩德枢狼狈逃来，赵思温见到耶律德光，下跪请罪，请求耶律德光以丧师罪将他治罪。经过唐军夹击，赵思温部辽军损失了大半，五万辽军只剩下两万人逃得性命，这在草原上是重大的军事失误。可是耶律德光没有责备赵思温，反而主动将战败的责任揽到了自己身上。很快，唐军的追击部队到达了喜峰口城下，李嗣源的大军也来到，面对两倍于自己的唐军，耶律德光深知没有了赵德钧的支持，再打下去也没有必要了，于是，他下令烧毁喜峰口的存粮，撤兵而去。而李嗣源除了收复喜峰口之外，还想要废除幽州的赵德钧，在幽州军团的团结一致下，李嗣源也无可奈何，只得继续承认了赵德钧的节度使身份，但要派遣质子入朝。