为了打赢这一战，李世民主力齐出。
这一战，必须要打残薛举，即使不能将其主力全部围歼，也要使其短期内再无力东顾。否则等李唐和河北军决战的时候，薛举横插上一杠子，就是致命的打击。
因此在这场决战中，作为主力的刘弘基的井钺军，窦轨的招摇军，李高迁的苑游军，被李世民分为三军的箭头部队，以图多点开花，可见李世民合围薛举前军的决心。
六月十六日一早，唐军饱餐一顿，李世民下令打开城门，向西秦军出击。
三部唐军从南、北、西三个方向，如三条游龙一般，直奔西秦军大营而去。
西秦军的大营，和唐军隔着不到二十里，唐军前锋骑兵，很快便杀到。众人踏营而入，此时营中已经空无一人，草料、营帐丢弃的到处都是，一看便是匆匆撤退。
很快这消息传到李世民的中军。
听到西秦军完全撤走的消息，李世民也是一惊。他没想到薛举撤的竟然这么迅速，这让他在西秦军大营内外和西秦军前军决战的打算落空。
但李世民几乎没有犹豫，便下定决心，立刻追击。
西秦军撤退的这么仓促，正好说明他们真的是缺粮兵退，锐气丧尽。一旦错过这个机会，等薛举返回折墌城，修整兵马，甚至是卷土重来，犹未可知。
从高墌城到泾州整整有九十里，薛举全军不可能走的这么快，他们完全可能追得上。
于是李世民下令，全军追击。
数万唐军，如猛虎出山一般，沿着西秦军离去的方向，一路追杀而去。
西秦军虽然骑兵数量众多，但似乎撤退的并不快。
到了中午，中军先锋李高迁便率部在南沟一带追上了西秦军的后军。而从高墌城到南沟，也不过二十余里。
双方很快发生了激战。
西秦军率军断后的是薛举的女婿钟俱仇。钟俱仇是羌胡人，手中军队，多以杂居于陇右的羌胡为主，性格粗悍野蛮，战力也极强。
他是在南沟被唐军追上的。
本来钟俱仇准备一直退到飞云原，不过他没想到唐军竟然追得这么快。不过既然遇上了，他也不准备退，索性和这群唐人战上一场。
这些羌胡之人，这几日一直攻城，损失不小，也憋得一肚子气，今日见到唐军，倒是激起了凶性。
钟俱仇所部羌胡不过七千余人，碰上李高迁部，数量倒也差不多。
此次作战，刘弘基、窦轨、李高迁三人手下各有主力部队八九千人。柴绍和唐俭手中有长安禁军万余人。而丘行恭、慕容罗睺、蔺兴粲三人则是率领的世家部队、地方武装，各有四五千人。
双方一交手，便是彗星撞地球的激烈。
钟俱仇的羌胡兵凶悍，李高迁所部，也多是当初跟着李渊在晋阳起兵的老部下，正儿八经的大隋官军。
于是双方在南沟之地，打的声势浩大，战况空前。
黄土高原之上，最不缺的便是飞扬的尘土。这黄土带着带着浑浊的鲜血，化成了泥浆。血腥味带着土腥味，令人作呕。
双方激战了半个多时辰，不分胜负。
这时候李高迁便有些支撑不住。李高迁虽勇，但步兵战骑兵，又是猝然相遇，本就处于劣势，很难克敌。
若是他真能压着对方打，就成千古名将了。也幸亏钟俱仇所部，虽勇却缺乏组织，无法发挥全部力量，否则李高迁早败了。
不过李高迁也一直咬着牙支撑。
为了破敌，李高迁甚至亲自组成敢死队，向西秦军发起数波攻击。
战况惨烈，连李高迁都杀得满身是血，战马被射死了两匹，犹不后退。
这种情况，一直延续到李世民率领主力赶到，占据上风的钟俱仇眼看敌军后援已到，终于撤退了。
呼啦啦的一群骑步兵，来去如风，让人措手不及。
李世民带着众人赶到战场，看着满地的尸体，还有已经杀脱力的李高迁，俱是面色不善。
这一战本以为西秦军是狼狈溃逃，慌不择路，谁料到竟然如此悍勇。若西秦军都是这样的军队，那他们就是追上对方，也未必能取胜。
这时裴寂小声说道：“秦公，西秦军虽退，战力却未减，追之未必可胜。”
裴寂虽然是军中长史，但是李渊心腹，有监军的重责，话语权很重。不过裴寂不怎么通晓军略，所以虽然想退，也得看李世民的主意。
李世民的脸色，变了几变。
“当年老师教导我，若是临阵退兵，断后之兵，必当用强兵。否则一旦敌军追击，后军不敌崩溃，全军亦可能崩溃。
薛举乃知兵之人，断后之兵，当是他最后的强兵了。”
若是西秦军真的兵败如山倒，他还真不敢追。
但现在，李世民仍然相信薛举是粮尽而退。
其实李世民也不敢完全保证薛举手中没有其他强兵，但这个时候，追还有可能胜利，但若是退了，这仗就打烂了。
于是唐军继续向西追击。
众人一路前进，到了傍晚，终于赶到了飞云原。时天色昏暗，众人追击一日，疲惫不堪，于是李世民下令全军在此歇息。