次日黎明，斥候来报：匈奴大军距敦煌己不足百里！
陈汤立即按计划行动。他命赵挺率两千精兵埋伏在魔鬼谷，自己则带着剩余兵马守城，故意示弱。
匈奴先锋抵达城下，见守军稀疏，果然轻敌，派人骂阵。陈汤佯装畏惧，闭门不出。匈奴人更加骄狂，派人回禀主力：敦煌指日可下！
三日后，匈奴主力浩浩荡荡开到城下，旌旗遮天蔽日。
陈汤站在城头，远远望见匈奴单于的金狼大纛，知道决战时刻到了。
"开城门！"他一声令下。
城门缓缓打开，陈汤亲率兵马出城迎战。两军相接，不到半个时辰，陈汤毅然下令后撤，佯装溃败，向沙漠方向逃去。
匈奴单于见陈汤是汉军主将，亲率大军追击。
沙漠中，烈日如火，匈奴骑兵很快陷入困境。
战马在松软的沙地上行动迟缓，士兵口渴难耐。而陈汤的部队轻装简行，又熟悉地形，始终与追兵保持着若即若离的距离。
"单于！前方发现水源！"斥候兴奋地报告道。
匈奴大军蜂拥而至，争相饮水。殊不知，水源己被陈汤下了泻药。
不久，大批匈奴士兵腹痛难忍，战斗力大减。
入夜后，陈汤派出小股精锐，趁夜色袭扰匈奴营地。他们并不正面交战，只是西处放火，制造混乱。匈奴人彻夜难眠，士气大跌。
次日清晨，陈汤将匈奴大军引入魔鬼谷。这里地形狭窄，两侧峭壁，是设伏的绝佳地点。
"放箭！"随着陈汤一声令下，埋伏在两侧的汉军万箭齐发，箭头上裹着浸油的麻布，遇风即燃。
谷中顿时火光冲天，匈奴军大乱。与此同时，埋伏在谷口的赵挺率军推下巨石，堵死了退路。
"杀！"陈汤身先士卒，率军向回冲杀。汉军士气如虹，喊杀声震天动地。
匈奴单于大惊失色，急忙组织抵抗。但狭窄的谷地使他的兵力优势无从发挥，反而因人马拥挤，自相践踏。
战斗持续到黄昏，谷中尸横遍野，血流成河。匈奴单于在亲卫拼死保护下，勉强突围，但十万大军折损过半，余者溃散。
战后清点，汉军伤亡两千余人，却歼敌三万余，俘虏西万余人。此战之后，匈奴元气大伤，数十年内不敢南犯。
敦煌城内，军民欢庆胜利。陈汤却独自登上城楼，望着远方苍茫的大漠。
他知道，这场胜利来之不易，但更大的挑战还在后面——朝廷会如何看待他的这次大胜？
但他无暇顾及这些，立即投入到战后的俘虏收编，恢复生产，修复与西域诸国的关系等一系列的事情之中。
忽一日，赵挺匆匆赶来道："都护！朝廷使者到了！"
陈汤整了整衣甲，放下手中的笔，迎出了官署大门。该来的总会来。
使者是个年轻宦官，满脸风尘，却掩不住眼中的敬畏："陈将军，陛下有旨意。"
成帝盛赞陈汤"临危不惧，力挽狂澜"，加封食邑千户，命他继续镇守敦煌。