不過，對明軍而言，平局就意味著失敗，因為明軍號稱“50萬”，而瓦剌僅有3萬人，雙方在戰(zhàn)場對峙下去，明軍后勤的壓力會比瓦剌大得多，況且，明軍很難在對峙的狀態(tài)下安全撤離戰(zhàn)場返回中土，這是由于古代通訊設(shè)備落后等諸多原因，任何的陣前撤退都很難是有秩序的撤退，極有可能導(dǎo)致軍心動搖，而最終演變成一場各人爭先恐后逃跑的大潰?。v史上因陣前撤退而潰敗的例子有著名的淝水之戰(zhàn)）。因此，明軍唯一的選擇是：只有戰(zhàn)勝敵人，才能平安撤離蒙古草原。

雙方經(jīng)過幾個回合的較量之后，明軍逐漸獲得主動，開始兵分兩路發(fā)起進攻了，左哨的寧陽侯陳懋，協(xié)同左掖的成山侯王通強攻敵陣的右邊。瓦剌拼命抵擋，穩(wěn)住了陣腳。這時候，左哨的都督朱崇（陳懋的副手）、指揮呂興帶領(lǐng)將士手持火器逼近敵陣，一輪接一輪地射擊。瓦剌傷亡慘重，其陣腳已經(jīng)被打亂了，但仍然頑抗到底。

右哨的豐城侯李彬協(xié)同右掖的都督譚青及其副手都督馬聚，強攻瓦剌陣營的左邊。雙方將士混戰(zhàn)在一起，戰(zhàn)斗已經(jīng)白熱化。不久，馬聚受傷，都指揮滿都力戰(zhàn)死。朱棣在遠處望見戰(zhàn)局一時陷入膠著狀態(tài)，便親自率領(lǐng)重騎兵再次發(fā)起進攻，加入戰(zhàn)團，力圖打破僵局。前鋒將領(lǐng)劉江干脆下馬手持短兵器步戰(zhàn)，突入陣中，消滅了很多敵人。

在明軍的全線攻擊之下，瓦剌抵擋不住，終于崩潰了，將士們四散而走。朱棣不肯就此罷手，繼續(xù)指揮部屬追擊。

當(dāng)追擊的明軍越過兩座山岡之后，再次與重新集結(jié)起來的一部分瓦剌將士發(fā)生遭遇戰(zhàn)。瓦剌人抵擋不住，又潰散了。右哨的豐城侯李彬等人一直追到土剌河，在那里生擒了數(shù)十名敵人，另外，中軍副將孫亨嗣也俘獲了戰(zhàn)馬3000匹。不過，瓦剌首領(lǐng)馬哈木、太平等人則成功逃跑了。當(dāng)朱棣收兵回營時，已經(jīng)是深夜了。

第二天，諸將要求繼續(xù)對瓦剌展開追擊。朱棣聽從了皇太孫的意見，認(rèn)為窮寇莫追。

其實，朱棣完全有能力對瓦剌軍隊展開大規(guī)模、長時間、遠距離的追擊。雖說忽蘭忽失溫之戰(zhàn)結(jié)束之后，明軍與瓦剌都有傷亡，但人多勢眾的明軍承受傷亡的能力比瓦剌大得多。然而，朱棣卻選擇了撤退，原因是明軍在忽蘭忽失溫地區(qū)作戰(zhàn)時，后路始終在阿魯臺所部的潛在威脅之下。當(dāng)時阿魯臺的根據(jù)地可能在呼倫貝爾一帶，距離明軍僅有幾天的路程，他原來聲稱要與明軍一起討伐瓦剌，可是最后卻失約了。