三月初六，史思明親領精兵五萬，繞過李光弼的營寨，出現在鄴城的東北，襲擊正在攻擊鄴城的唐朝軍隊。擔任城北及城東北攻擊任務的滑濮節度使許叔冀和淮南兵馬使董秦，正在向城門衝鋒。已經到了最緊要的關頭，他們判斷叛軍已經到了極限，支持不住了。孤注一擲，傾巢而出，幾萬軍隊集中衝向城池，前方已經有大批軍士登上了城樓。
就在唐軍以為勝利在望的時候，突然見到史思明的大軍到來，許叔冀和董秦大驚失色，急忙鳴金收兵。登上城樓和正在衝鋒的軍士，被突如其來的變故，弄得不知所措。軍心浮動，陣式大亂，軍士還沒反應過來，史思明的大軍已經捕天蓋地衝殺過來。
董秦見勢不妙，命令撤退。但軍士為了保命，不聽指揮，撤退成了潰敗。士兵相互擁擠踩踏，在史軍的追擊之下，死傷無數，完全喪失了戰鬥力。
其時魯炅正在加緊攻城，幾個月來，他攻城最積極，帳下軍士已經傷亡過半。他知道城中的叛軍傷亡也很大。叛軍已經成了強弩之末，眼看就要攻破城池了。不惜押上血本，孤注一擲，將所有的軍隊都投入進攻。這種做法的確有很好的效果，方嵐已經登上了城樓，田承嗣本來以為大勢已去，準備反戈一擊。
站在城樓上，突然看到唐軍潮水般的潰退，史軍從北麵衝殺過來。立時轉憂為喜，親自帶領軍士上前攔截方嵐。
方嵐雖然武藝高強，但登上城樓的人較少，他奮起神威，揮舞寶劍，連續砍下十幾名燕軍的腦袋。田承嗣手持陌刀上前抵擋，隻三個回合，刀尖便被削掉，但他仍不退縮，而且帶領幾名戰將圍攻。
魯炅將戰鼓擂得震耳欲聾，催促軍士登城，要一鼓作氣拿下鄴城。不料史軍擊潰許叔冀和董秦之後從城北轉向城南。
援軍很快擊潰了東北麵的唐軍，立即分兵合擊，史思明親自帶領一軍由西向南，李歸仁帶領一軍由東向南。
李歸仁一馬當先，直衝魯炅的陣地。魯炅的所有注意力都集中在攻城上，全然沒有想到李歸仁會在這樣的關鍵時刻攻來。唐軍的陣腳立時大亂，正在對城樓射擊的弓駑手，驚慌失措。魯炅摔掉手上的鼓追，立即披掛上馬，手持陌刀迎麵衝向李歸仁，想穩住陣式。
魯炅與李歸仁戰在一起，兩人都是滾打出來的將軍，武藝不弱，臨戰經驗豐富，短期內分不出勝負。
但魯炅手下的兵卻亂成了一鍋粥，衝鋒的軍士聽不到鼓聲，茫然不知所措，史軍乘勢掩殺過來。唐軍失去了抵抗能力，傾刻瓦解。那些弓駑手更慘，慌忙拿起兵刃倉促應戰，完全成了史軍的俎上之肉，立刻潰散，隻有魯炅還在戰鬥。
方嵐看到局麵已經不可收拾，立即飛身下樓，招來汗血寶馬，衝到李歸仁的麵前，揮刀向其頭上砍去，李歸仁慌忙舉刀抵擋。然而力量不夠，陌刀脫手飛出，李歸仁敗退走開，方嵐保護魯炅衝出重圍。
郭子儀聽到東南北三麵的塵土飛揚，喊殺震天，猜想是叛軍的援軍到了，率軍抵擋。但敵人來得太快，未及列陣，史思明便衝殺過來。他是久經沙場的老將，雖然大驚，但並沒有慌亂失措。命令郭曦帶領張尚、宇文惠等人抵擋，他帶領主力撤出陣地和軍營，並保護魚朝恩退回洛陽。
李光弼和王思禮得知圍攻鄴城的唐軍已經潰敗，阻擋薛嵩已無意義，兩人商議各自回到太原、河東固守。號稱60萬之眾的唐軍，圍攻鄴城五個月，卻以這樣的方式結束，使人費解。