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经过三天的行军，赵昺随军行至渤海城，这时围歼高灭里和阔阔出部的战斗已经结束。仓促回撤的敌军在遭到伏击后，在山谷中被截成数段，又遭受宋军居高临下的打击,
已然前后不得呼应，陷入各自为战的状态中。
虽有元军组织起来进行反击，试图突围，但受地形限制难以展开，反遭宋军炮火打击损失惨重，在主官伤亡后便纷纷溃散。而更多的元军受到打击后,
就已经溃不成军，四散奔逃之中，有的人被人马踩踏而死，有的跌入山谷中摔死，坠入溪流中淹死。
在宋军展开进攻的时候，被困在山谷中的元军见突围无望，纷纷请降。除有极少部分敌军趁黑逃入山中外，敌五万大军尽被歼灭，其中被俘和投降者近三万人；敌主帅高灭里率残部负隅顽抗，死于猛烈的炮火中；宁远王阔阔出突围中中枪落马被俘，但因伤势过重，次日便一命呜呼。
在这场蒙元方面发起的打通塞外交通线的战役，前后持续二十日，其前后共动员兵力达八万人，最终以失败告终。宋军虽取得全胜，但同样付出了极大的代价，仅远征军就有六千余的伤亡，这在以火器对冷兵器的战争中也是不多见的,
更是此次北伐中宋军遭受的最大一次挫折和损失。
不过对于宋军来说此战也具有重大意义，不仅皆灭了蒙元数万有生力量,
削弱了其防守大都城的实力,
也间接导致了居庸关的失守，让宋军扫清了大都城外围所有据点，兵至大都城下。并收复了除幽州城外山前、山后幽云十六州，可以说这是入宋以来对北方游牧民族战争最大的胜利。
