军在最后一刻关闭了瓮城城门，导致刘綎军一举破城的计划失败，该军不得不顶着瓮城中三面火力的压制强行以火炮轰开城门。这使得刘綎军付出了两百余精锐骑兵的代价才得以杀入城中。
入城之后也不算顺利，已然清醒过来的蒙古军与刘綎所部在城中爆发激战。此时刘綎才发现，城中的蒙古军居然并不都是骑兵，而是有不少火枪兵存在。这些不知底细的火枪兵操持着颇为不错的火枪在鹿柴、拒马之后放枪，给全部骑兵配置的刘綎部造成了不小的伤亡。
好在刘綎反应及时，先调“威虏堡民兵”摆出火枪阵与之对射，然后亲率一支精锐骑兵杀穿了侧翼一线，绕到主街蒙古军火枪阵地发动猛攻，这才击败了城中蒙军主力。
蒙军主力溃败之后，败军两路奔逃。一路往西逃至嘉峪关建立防线，一路往东逃向刘綎部身后寻找蒙军主力布日哈图部。
刘綎部在城中损失不小，其手头八千骑兵、两千余“威虏堡民兵”现在有五百左右阵亡、一千余挂彩，能用之兵减损近两成，既不足以继续收复已有防备的嘉峪关，也无力出城追击东面敌军——毕竟这边还可能遭遇布日哈图主力。
因此，刘綎只能在清剿肃州城中残敌之后立刻加固城防，准备迎接布日哈图主力的攻势。
这个判断相当及时，因为次日一早布日哈图主力便已然杀奔肃州城下。此时的布日哈图已经知道自己被刘綎摆了一道，明显是含恨而来。他刚一抵达肃州城下，便摆出了誓要踏平肃州的态势，其全军约六万人，全部在明军火炮射程之外扎营并摆出强攻之势。
好在此时天色已晚，在肃州城楼上发炮震慑蒙军之后，布日哈图面对黑夜降临不得不叫停了攻击。不过刘綎一方借着最后的阳光，通过望远镜侦察到蒙军已然开始准备攻城器械。
面对这一局面，刘綎不敢大意，当夜一边安排人防备蒙军夜袭偷城，一边清点肃州城中火药火炮等物资以应对明日蒙军的猛攻。
然而次日一早，意外发生。蒙古军大营不知何时已然后撤了十余里，而且等到上午过去一半也不曾出营搦战，似乎在酝酿什么阴谋一般。
刘綎又等了半个时辰，见蒙古军大营依旧一片死寂，终于忍不住亲挑夜不收二十余人出营抵近查探。结果是，蒙古军大营已然空无一人，六万大军消失得无影无踪，营门等各处可能被明军望远镜探查到的位置全都摆着木头假人，假人身上穿着破烂的战甲，远远望去就如同蒙军一切如常的样子。
此时刘綎才意识到