不過(guò)，對(duì)明軍而言，平局就意味著失敗，因?yàn)槊鬈娞?hào)稱“50萬(wàn)”，而瓦剌僅有3萬(wàn)人，雙方在戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)峙下去，明軍后勤的壓力會(huì)比瓦剌大得多，況且，明軍很難在對(duì)峙的狀態(tài)下安全撤離戰(zhàn)場(chǎng)返回中土，這是由于古代通訊設(shè)備落后等諸多原因，任何的陣前撤退都很難是有秩序的撤退，極有可能導(dǎo)致軍心動(dòng)搖，而最終演變成一場(chǎng)各人爭(zhēng)先恐后逃跑的大潰敗（歷史上因陣前撤退而潰敗的例子有著名的淝水之戰(zhàn)）。因此，明軍唯一的選擇是：只有戰(zhàn)勝敵人，才能平安撤離蒙古草原。

雙方經(jīng)過(guò)幾個(gè)回合的較量之后，明軍逐漸獲得主動(dòng)，開(kāi)始兵分兩路發(fā)起進(jìn)攻了，左哨的寧陽(yáng)侯陳懋，協(xié)同左掖的成山侯王通強(qiáng)攻敵陣的右邊。瓦剌拼命抵擋，穩(wěn)住了陣腳。這時(shí)候，左哨的都督朱崇（陳懋的副手）、指揮呂興帶領(lǐng)將士手持火器逼近敵陣，一輪接一輪地射擊。瓦剌傷亡慘重，其陣腳已經(jīng)被打亂了，但仍然頑抗到底。

右哨的豐城侯李彬協(xié)同右掖的都督譚青及其副手都督馬聚，強(qiáng)攻瓦剌陣營(yíng)的左邊。雙方將士混戰(zhàn)在一起，戰(zhàn)斗已經(jīng)白熱化。不久，馬聚受傷，都指揮滿都力戰(zhàn)死。朱棣在遠(yuǎn)處望見(jiàn)戰(zhàn)局一時(shí)陷入膠著狀態(tài)，便親自率領(lǐng)重騎兵再次發(fā)起進(jìn)攻，加入戰(zhàn)團(tuán)，力圖打破僵局。前鋒將領(lǐng)劉江干脆下馬手持短兵器步戰(zhàn)，突入陣中，消滅了很多敵人。

在明軍的全線攻擊之下，瓦剌抵擋不住，終于崩潰了，將士們四散而走。朱棣不肯就此罷手，繼續(xù)指揮部屬追擊。

當(dāng)追擊的明軍越過(guò)兩座山岡之后，再次與重新集結(jié)起來(lái)的一部分瓦剌將士發(fā)生遭遇戰(zhàn)。瓦剌人抵擋不住，又潰散了。右哨的豐城侯李彬等人一直追到土剌河，在那里生擒了數(shù)十名敵人，另外，中軍副將孫亨嗣也俘獲了戰(zhàn)馬3000匹。不過(guò)，瓦剌首領(lǐng)馬哈木、太平等人則成功逃跑了。當(dāng)朱棣收兵回營(yíng)時(shí)，已經(jīng)是深夜了。

第二天，諸將要求繼續(xù)對(duì)瓦剌展開(kāi)追擊。朱棣聽(tīng)從了皇太孫的意見(jiàn)，認(rèn)為窮寇莫追。

其實(shí)，朱棣完全有能力對(duì)瓦剌軍隊(duì)展開(kāi)大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的追擊。雖說(shuō)忽蘭忽失溫之戰(zhàn)結(jié)束之后，明軍與瓦剌都有傷亡，但人多勢(shì)眾的明軍承受傷亡的能力比瓦剌大得多。然而，朱棣卻選擇了撤退，原因是明軍在忽蘭忽失溫地區(qū)作戰(zhàn)時(shí)，后路始終在阿魯臺(tái)所部的潛在威脅之下。當(dāng)時(shí)阿魯臺(tái)的根據(jù)地可能在呼倫貝爾一帶，距離明軍僅有幾天的路程，他原來(lái)聲稱要與明軍一起討伐瓦剌，可是最后卻失約了。