韓信指揮部隊開進到距井陘口三十裏的地方紮下營寨。到了半夜時分，迅速實施作戰部署，一麵挑選兩千名輕騎，讓他們每人手持一麵漢軍的紅色戰旗，由偏僻小路迂回到趙軍大營側翼的抱犢寨山即今河北井陘縣北潛伏下來，準備乘隙襲占趙軍大營，斷敵歸路。一麵又派出一萬人為前鋒，乘著夜深人靜趙軍未察之際，越過井陘口，到綿蔓水即今河北井陘縣境內東岸背靠河水處布列陣勢，以迷惑調動趙軍，增長其輕敵情緒。
趙軍對潛伏的漢軍毫無覺察，望見漢軍背水列陣，無路可以退兵，都禁不住竊竊哂笑，認為韓信置兵於死地，根本不懂得用兵的常識，因而對漢軍更加輕視。
天亮之後，韓信親自率領漢軍，打著大將的旗幟，攜帶大將的儀仗鼓號，向井陘口東邊的趙軍進逼過去。
趙軍見狀，果然躊躇滿誌，離營迎戰。兩軍戈矛相交，廝殺了一陣子後，韓信就佯裝戰敗，讓部下胡亂扔掉旗鼓儀仗，向綿蔓水方向後撤，與事先在那裏背水列陣的部隊迅速會合。
趙王歇和陳餘誤以為漢軍真的打了敗仗，豈肯輕易放過機會，於是就揮軍追擊，傾全力猛攻背水陣，企圖一舉全殲漢軍。
漢軍士兵看到前有強敵，後有水阻，無路可退，所以人人死戰，個個拚命，趙軍的凶猛攻勢就這樣被抑製住了。
這時，埋伏在趙軍營壘翼側的漢軍二千輕騎則乘著趙軍大營空虛無備，突然出擊，襲占趙營。他們迅速拔下趙軍旗幟，插上漢軍戰旗，一時間紅旗林立，迎風招展，好不威風。
趙軍久攻背水陣不下，陳餘不得已隻好下令收兵。這時趙軍才猛然發現自己大營上插滿了漢軍紅色戰旗，老巢已經被奪。這樣一來，趙軍上下頓時驚恐大亂，紛紛逃散。
占據趙軍大營的漢軍輕騎見趙軍潰亂，當即乘機出擊，從側後切斷了趙軍的歸路，而韓信則指揮漢軍主力全線發起反擊。趙軍倉皇逃跑，被漢軍追上，結果全部殲滅，陳餘被殺，趙王歇和李左車束手就擒。井陘之戰以韓信大獲全勝，一舉滅趙而降下帷幕。
井陘之戰的結局，對楚漢戰爭的整個進程具有重大的意義。漢軍的勝利，使得其在戰略全局上漸獲優勢，不僅消滅了北方戰場上最強勁的敵手，為下一步“不戰而屈人之兵”，兵不血刃平定燕地創造了聲勢和前提，而且為東進擊齊鋪平了道路，從而造就了孤立項羽的有利態勢。這雖然是一次戰役規模的戰爭，但卻有著戰略性地位。