袁绍扎营于高柳城西南十五里，匈奴扎营高柳城以北十里，高柳城依官路而建，周边地势陡峻，两营互通信息需要绕路而行，甚为不便，袁绍得到消息之时，匈奴大营形势已经十分危急。
姜述近日接连得到各方情报，闻知曹操、刘岱、陶谦等均有异动，正与郭嘉商议，定下各个击破、速战速决的战术，以张合统领步卒守城，尽起大军先攻匈奴大营。
匈奴王呼厨泉趁京城大乱逃回属地，因大汉内乱势弱，雄心遂起，此次袁绍厚赠金银财宝，又闻长安起兵响应，因此应袁绍所请，使左贤王统兵三万往援上党，自统五万骑兵来到代郡。与袁绍约期攻打数次，均无功而返，损失惨重。呼厨泉见高柳城难克，已有回兵之意，不料汉军突然出城攻打，连忙分派众将严防死守。
姜述亲自率军攻营，张飞为前锋，人马皆着甲，以火油烧开寨门，重骑兵长驱而入。匈奴兵不善防御，兵甲不齐，向以弓箭御敌为主，而弓箭力不能透铁甲，如何抵挡重骑兵？半个时辰不到，大营皆乱。呼厨泉见势不好，急令全军撤退，忽有部将报道：“乌恒人作乱，夺了马场，正在军营中乱杀。”
呼厨泉不由大惊失色，马匹若是有失，即便撤退亦不能行，急统亲军往内营夺马。正逢乌延统兵赶至，呼厨泉二话不说，挥兵杀上，乌延部兵马甚少，急促间尚不知详情，见匈奴兵不问青红皂白挥刀便杀，只得下令还击。乌延部兵少，很快被杀了大半，正在危急之时，苏仆延统兵赶来。乌恒三部同气连枝，苏仆延见乌延部危急，急忙统兵上前去救。
匈奴人扎寨，与汉卒不同，其兵丁居于外围，内围一圈为马场，最中心是草料存放之所。丘力居自得姜述密令投奔匈奴，本就是为了内应，今奉姜述军令，在汉军攻营之时，统领部下夺了马场，放火点燃草料。乌延、苏仆延事先并不知道实情，引兵前来探视，不想却做了替罪羊。
呼厨泉见草料场燃起大火，心中更怒，自知若不能夺回马场，逃无可逃，已至绝境，因此呼喝部下集兵攻打乌恒人，匈奴人多势众，很快杀光乌延、苏仆延两部。可怜乌延、苏仆延这两位部落首领，好容易引领族人来投匈奴，反倒死在匈奴人手中，至死也未弄清其中缘故，不明不白做了一双冤枉鬼。
此时张飞统兵已经杀透营盘，孙坚、公孙瓒等将各引部兵随之杀上前来，各按部署分头行动，张飞引部下救应丘力居，孙坚、公孙瓒引领骑兵开始追杀匈奴兵。
呼厨泉身边兵将骑马者不过十之二三，其余皆无马可骑，只能做为步卒使用。匈奴兵战斗力本就弱于大汉精锐，武器兵甲要低几个档次，没了战马战斗力又降下大半，不久便被杀得东跑西颠，鬼哭狼嚎。呼厨泉见不是路，急忙呼喝众军撤退，孙坚从远处望见，弃了匈奴余将，统领部下直奔呼厨泉而去。
孙坚手下四员部将程普、祖茂、黄盖、韩当，皆负勇力，如同五个箭头划了一道微妙弧线，都奔呼厨泉而去。呼厨泉身边兵马不足三千，见祖茂引兵近前，分出兵马阻挡，又见程普领军杀至，复又分兵阻拦，待孙坚杀至呼厨泉近前，呼厨泉身边只有五百余兵马。
孙坚一马当先，古绽刀起落之间，便是斑斑血花，呼厨泉见不是事，拨马就走。那边黄盖引兵过来，呼喝众兵一齐放箭，一时间箭如雨下，呼厨泉等一干人多丧命于箭阵之下。
呼厨泉战死，匈奴人更是胆寒，伏地乞降者无数。入夜时，诸事已经停妥，诸将各自押着俘虏辎重马匹渐次回城。匈奴五万兵马只有五六千人得以逃脱，汉军损折不足两千。丘力居建了大功，族人损失惨重，只余两千余人。
袁绍知晓此战为关键之战，若是匈奴败灭，并州军独力难支，攻打代郡时不计伤亡，轮番发起猛攻。袁军与匈奴人不同，并州军除了冲车、楼车之外，还有少量投石车。
《三国演义》言投石车是刘晔在官渡之战时献于曹操的利器，其实不然，投石车在战国时已经出现，因为载重不高，又无准头，攻击距离近，一直没有得到重视。
袁绍攻城之时，见识了城中投石车的威力，寻找随军工匠，仿制了十余台投石车。但是此车非彼车，高柳城上投石车得姜述指点，经过数次改进，射距长，载重多，坚固耐用，配置瞄准装置，威力很大。
袁绍听闻造好一批投石车时，大喜过望，攻城时却发现威力尚不如驽车，因为不知其中原因，迁怒于军中工匠，幸得审配劝说，众多工匠方才得了性命。
高柳为边城要塞，城墙又高又厚，城门内已被土石塞满，冲车、巨木皆用不上，投石车作用不大，对守军威慑最大的是楼车。楼车高于城墙，其上可以存兵百余，弓手躲于其中居高临下发射，守军吃亏不小。
张合在城墙上督战，命令巨驽手将火油罐捆在驽箭上，瞄准楼车发射。驽车发射准度很高，射距长，威力极大。油罐随巨驽箭击中楼车，罐体破碎，火油洒在楼车表面。十余架驽车同时发射，楼车表面顿时淋满火油，随即发射火箭引燃。不到半个时辰，十余架楼车逐一点燃，车内弓手死伤无数，楼车全部被毁。
攻城器具失效，只能采用蚁海战术，使用云梯攻城。城上准备充分，攻到城下的敌军人少，则用弓箭或擂木滚石，城下聚集的人多了，便用火油烧敌。
袁军从午时攻到入夜，不仅没有破城，反而损折万余士兵。此时匈奴大败消息传来，诸路汉军又渐自归城，袁绍见事已不谐，无可奈何之下，只能停止攻城引兵回营。
高柳城内，汉将渐次回城，姜述命人设宴庆功，席间对丘力居大加赞扬，众将这才明白丘力居前期脱逃乃是奉了姜述密令，一改方才冷嘲热讽的态度，大家欢聚一堂。