不过，这并没有难倒韩信，在仔细查探了赵军布置和井陉口的地形后，韩信脑海中立即便出了一个出奇制胜的策略。
韩信先是率军在距离井陉口三十里的山谷中下寨，然后趁夜派出两路兵马，其中一路由两千轻骑组成，人手一面汉军红色战旗，由偏僻小路迂回至井陉关侧翼的抱犊寨山潜伏，命其在赵军主力出击后趁机袭取井陉关，断绝赵军退路。另派出一万大军，趁着夜深人静悄悄行军至绵蔓水东岸，背靠河水列阵，用以迷惑赵军。
次日天刚蒙蒙亮，赵军被突然出现在绵蔓水东岸的汉军吓了一跳，但在查看了汉军的布置后，陈馀便不禁大笑出声，在他看来，韩信此举完全违背了“右倍山陵，前左水泽”的布阵方略，认为韩信这种主动置之死地的做法，完全就是不懂用兵的表现，因此升起了轻敌之心。
等到天光大亮，韩信命人打起大将军的旗号和仪仗鼓吹，大张旗鼓的杀向井陉口，佯装要对赵军发动进攻。陈馀见状，放弃了固守的井陉关，派兵出关迎战，两军在狭窄的通道中厮杀了一阵之后，韩信、张耳佯装败退，一边败退，一边胡乱扔掉旗鼓仪仗，退往绵蔓水。
陈馀见汉军败退，心想韩信不过如此。为了彻底击溃韩信，立即命令赵军追击。赵军将士们于是一边追击，一边捡拾汉军扔下的旗鼓，毕竟夺取敌军旗鼓，在当时可是大功一件，如此一来，赵军的追击自然算不上猛烈，汉军得以顺利撤退，与事先背水列阵的一万汉军会合。
赵军追至绵蔓水后，陈馀命令赵军猛攻背水列阵的汉军。汉军将士眼见前有强敌，后有河水，无路可退之下人人死战、个个拼命，竟然硬生生挡住了赵军的攻势。
陈馀眼见久攻不下，知道这是汉军的困兽之斗，为了不放过这次击溃韩信的机会，便命令守关赵军倾巢而出，试图一举压垮汉军的抵抗意志。
然而，就在赵军倾巢而出后，埋伏于抱犊寨山的汉军，趁赵军大营空虚无备之际，突然对赵军主营居高临下发动进攻，一举攻克井陉关，然后拔除赵军旗帜，遍插汉军赤色战旗。
绵蔓水东岸，虽然赵军兵力占优，但由于地形的影响，并不利于大军的展开，再加上汉军的拼死抵抗，双方从上午一直战到中午，赵军也始终没能压垮汉军。
见无法短时间内击溃汉军，陈馀只好下令收兵，然而当赵军返回井陉关时，却发现关隘上已经插满了汉军战旗，自己的退路已经被切断了。
如此一来，赵军反而被两股汉军夹在了狭窄的通道中。
陈馀见状，在不知井陉关汉军兵力的情况下，也不敢贸然对井陉关发动进攻，否则一旦自己短期内拿不下关隘，而韩信又自背后攻来，前有井陉关阻隔，后有汉军追击，赵军必然陷入腹背受敌的不利境地。
虽然因为痛失关隘而懊悔，但陈馀也不敢继续让大军在狭窄的峡谷中逗留，连忙利用熟知当地地形的优势，命令大军沿小路退出太行山。
然而，由于赵军并不像汉军那么训练有素，听闻撤退命令后，人人争先向着谷道中涌去，大军阵型顿时散乱开来。后方将士不知前方发生何事，见到大军慌乱溃逃的他们，还以为赵军遭遇了惨败，以致人人惊恐，全军慌乱逃散。
见到赵军陷入混乱，占领井陉口的轻骑立即出动，自侧后猛攻赵军，韩信亦指挥汉军主力从另一侧进攻，赵军在汉军的两面夹击下，撤退很快便演变成了溃败，赵军将领虽然连斩数人，却仍难以阻止溃败之势，赵军将士纷纷自山野间向泜水溃败，汉军则紧追不舍，一时间山谷间尽是赵军尸体。
等到赵军溃逃至泜水时，原本的大军已经十不存一，而且人人惊慌失措、丢盔弃甲，在汉军的攻击下很快便被全歼，代王陈馀被杀，赵王赵歇被俘。
韩信知道李左车乃是个人才，因此下令不许斩杀李左车，有能擒者赏千金。
不久，有汉军将士将李左车押至韩信面前，韩信亲自为其松绑，并请李左车面东而坐，自己则执弟子之礼，向其请教攻灭燕齐方略，李左车哀叹一声，神情落寞的说道，“打了败仗的将领，没有资格谈论勇猛，亡了国的大夫，没有资格谋划国家的生存大计。如今我是兵败亡国的俘虏，又有什么资格来计议大事呢？”
韩信却并不因赵军兵败而轻视李左车，依旧态度恭敬的说道，“我听说，百里奚在虞国而虞国灭亡了，在秦国却能使秦国称霸，这并不是因为他在虞国愚蠢，到了秦国就变聪明了，而在于国君是否任用他，采纳不采纳他的意见。如果成安君（即陈馀）采纳了您的计谋，我韩信早被生擒了。正因他没采纳您的计谋，我这才能够侍奉您啊。”
李左车虽不愿改换阵营再为汉军效力，但听了韩信这番话，又见其态度恭敬，便替其分析了一番眼下形势，说道，“我听说‘智者千虑，必有一失；愚者千虑，必有一得’，所以说即使是犯人的话，圣人也可以有选择地采纳。虽然我所献的计策不一定值得采用，但我仍愿献上我的愚见。
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