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褚燕、張郃分兩路兵馬向城中殺去，薑盛自領中軍打掃戰場，布置防禦，於禁率一萬騎兵在城外照應。
張舉率大軍倉促出城，大批的物資被留在了城中，褚燕並不在意這些，率兵追殺張舉軍至城外十五裏。薑盛打掃戰場時不見了褚燕，被告知已經追出城外了，薑盛大驚，連忙派快馬追趕。
烏桓丘力居部已經距離土垠城不遠，若是孤軍在外，則是必死之局，薑盛怎能不擔心？
信使派出之後，薑盛令於禁於城北接應褚燕，而令張郃率軍防守東門，照應東北方的城牆，其餘各部則分布在南門和西門，幸好城內物資多數都保存完好，張郃帶領數千人把城內的箭矢、礌石、滾木等守城用具搬上了城頭。
自黃巾起，薑盛參加的戰鬥都是攻擊戰，從未參加過真正的守城作戰，張郃跟隨薑盛一路走來也沒有守過城，這次就照葫蘆畫瓢，在實戰中學習吧。
出城追擊的褚燕軍由騎兵組成，進展神速，但褚燕隻顧殺得過癮，並沒有考慮到自己是孤軍深入。當看到前方黑壓壓的烏桓騎兵的時候，褚燕才追悔莫及，連忙率軍回轉，但丘力居不會放過這個機會，吹響了進軍號。
兩萬烏桓騎兵高喊著口號追殺過來，這些烏桓騎兵雖然是有鞍無蹬，但驍勇異常，在告訴的奔跑下仍然張弓搭箭射殺褚燕軍。
褚燕追兵隻有三千騎，雖然也對騎射多有練習，但與烏桓騎兵相比還是差了一大截，到得土垠城外十裏的時候，褚燕軍僅剩一千餘騎，而烏桓騎兵幾乎沒有損失，緊追不舍。
薑盛站在城頭看得真切，若是開城門救褚燕，則烏桓騎兵也會衝進來，若是不開城門，則褚燕九死一生。
褚燕看到薑盛的“薑”字大旗在城北門上方飄揚，又看了看緊跟在身後的烏桓騎兵，把心一橫，調轉馬頭，率軍不退反進，主動去迎戰二十倍於己的烏桓騎兵。
將士們也都看清了形勢，若是僥幸入城，則薑盛大軍全都完蛋，唯有拚死一戰，才能保得土垠不失，都是視死如歸，向烏桓騎兵殺去。
薑盛看的清楚，眼含熱淚，他咬緊了牙關，調集城頭的弓箭兵集中到北門，以應不測。
這時候，於禁率領的一萬騎兵從側翼過來接應，不管敵軍的強大，怒吼著殺了過去。
丘力居更換號聲，這些烏桓騎兵分作兩路，一路迎戰褚燕部，另一路迂回過來包抄於禁部，於禁部被烏桓騎兵拖住，糾纏到一起。
如此一來，褚燕部、於禁部和土垠城形成了“品”字形分布，於禁在西、褚燕在北，而土垠城則在南方。“品”字形本是互為支援的極佳防禦布局，但三個點都被拖住，那就不能相顧了。
褚燕和於禁被分別拖住，而張純軍與丘力居會合後即隨後南下進攻土垠，此時已到了城東門外不遠處。
張純大軍自東門外鼓噪前進，數百架雲梯架在了城頭上，張郃令人連忙推開雲梯，無奈雲梯上已經爬滿了叛軍，城上將士竟然推不動，於是都搬起礌石滾木反擊，那些攻上來的叛軍被砸落雲梯，落到地上被摔得血肉模糊，但後續部隊依然悍不畏死，攀爬雲梯。