進攻馬河鎮確實是一個幌子，目的是把明軍吸引過來圍殲，這和袁崇煥製定的策略差不多，隻不過最後的結果誰也料想不到。
當陳愚直帶領輕騎兵趕到馬河鎮時，三千蒙古騎兵也正好趕到，五千對三千，無論是陳愚直還是對方的蒙古人都沒有絕對取勝的把握，這時候孫元化的炮兵發揮了作用，一百門“二踢腳”小炮，五十門迫擊炮一輪齊射，就讓準備發動衝鋒的蒙古騎兵損失慘重，在五百到三百步的距離上，蒙古人損失近一半人馬，這時陳愚直的騎兵也開始發動衝鋒，迫擊炮開始隔斷轟擊，僅僅不到兩刻鍾的功夫，蒙古騎兵就潰敗了。這潰敗和撤退不一樣的，根本就沒有任何秩序，陳愚直一看敵人還有不到一千人，頓時大喜，命令部隊窮追不舍。
再說素囊台吉的一萬騎兵在兩側向馬河鎮包圍而來，他們原本的意圖是讓這三千前鋒拖住陳愚直的部隊，隨後趕來的主力迅速圍而殲之，然後根據明軍的增援情況或擊退或消滅。沒有想到的是他們的前鋒已經潰敗了，而孫元化已經趕到了馬河鎮。
雙方都是不期而遇，留在馬河鎮的炮兵歸建，孫元化剛剛進入馬河鎮，外麵的蒙古騎兵就已經包抄而來。這馬河鎮雖小，但畢竟還是鎮子，而且因為臨近邊關還修了小小的城牆，於是孫元化就命令輕騎兵上城牆觀測敵情，防止敵人爬城，迫擊炮瞄準城門外兩側準備吊射。
蒙古騎兵看到明軍不多，而且多數是步兵，就迅速集結到四個城門進行強行攻城，孫元化的迫擊炮就進行吊射覆蓋轟擊，一時間蒙古騎兵是損失慘重，經半個時辰的血戰，蒙古人看到守城的明軍炮火太猛，就開始撤退了，準備重新集結再次組織進攻。
這一次蒙古人不再從城門進攻了，而是選擇較為平坦的南城門兩側進攻，半個時辰以後，隻見蒙古騎兵每人抱著一個草袋子，裏麵盛滿了黃土，快馬跑到城牆邊扔下袋子就走，孫元化的炮兵雖然不斷轟擊，但是因為馬快，而且稀散，效果不大，結果不到一個時辰就在南門外鋪出了近五十步寬的一條大路。
就在孫元化看到沒有辦法組織蒙古人鋪路的時候，就命令十挺手搖機槍布置到大路的兩側，中間是五排火槍。蒙古人看到鋪好的大路，認為明軍已是甕中之鱉了，於是就順著大路一起湧了上來，就在離城牆三十步的時候，火槍和手搖機槍一起響起來，火槍蒙古人還見過，這手搖機槍的威力卻是太驚人了，一顆子彈在三十步的距離上可以穿透五個人，一時之間蒙古人就像被割到的麥子一樣，瞬間倒下一片，整個近一百步寬的路麵被堵的嚴嚴實實。迫擊炮、“二踢腳”小炮還在不停地轟擊，不到一刻鍾的時間裏，蒙古人的進攻就徹底失敗了，麵對手搖機槍的可怕殺人速度，蒙古人幾乎要崩潰了。就在這時，袁崇煥的人馬趕到了，孫元化趁勢發動反擊，裏應外合將剩餘的蒙古騎兵打得大敗而逃。戰事以遭遇戰開始，結果以明軍的大勝而結束，十挺手搖機槍的威力自此被認可，它成了明軍對付騎兵的利器。