到了巳末時分，哈量臺、扎蘭丁和失烈門的部隊都因傷亡過大，暫時停止了攻擊。烏利可汗見摩柯莫已經開始取得戰果，便命令全部重裝騎兵列陣在西衛城外，并調集另外兩個方向上的器械部隊也來搭建西邊的浮橋。他還命令南、北、東三個方向繼續佯攻，拖住守城的周軍。

宋啟愚站在大同西北的角樓上，觀察著敵情變化。他斬釘截鐵地命令道：“調炮營到西衛城，給我狠狠地教訓柔然騎兵！告訴余天錫，力挽狂瀾的時候到了。”

三十門鐵炮被運上了城頭。余天錫命令部隊一遍又一遍檢查著炮架的固定情況，彈丸和火藥的配備數量，炮膛是否清理干凈，炮口是否對準敵陣。最后，余天錫高聲叫道：“弟兄們，宋大人剛才傳令說，依靠我們炮營力挽狂瀾的時候到了。全都以我的哨音為令，往敵軍最為密集的地方開炮……”說完，他把鐵哨送到嘴邊，“嘟嘟嘟”地吹了三響。幾百名士兵熟練地進行著裝填操作。余天錫看著百丈以外密密麻麻的柔然騎兵，咬了咬牙，發出了點火哨令。硝煙彌漫，地動山搖。三十條火舌呼嘯著砸進了柔然的“鐵浮屠”陣中。人馬倒地，骨斷筋折，血肉橫飛，哀嚎一片，在電光火石之間，幾百名重裝騎兵倒在了血泊里。臉上裹著布條，仍在指揮作戰的董陽，情不自禁地歡呼道：“虎啊！特虎露！”旁邊的親兵看著他說話跑風的樣子也不敢笑。還沒等柔然人反應過來，西衛城上再次傳來哨音。周軍炮兵又進行了第二輪裝填。余天錫鐵著臉，再一次吹響了鐵哨。這一輪發炮給柔然人造成了更加慘重的損失。幾百匹受驚的戰馬，到處亂踢亂撞，被踩死碰傷的柔然士兵不計其數。接著，炮兵們在余天錫的指揮下又進行了多輪炮擊。柔然人看著戰力最為強悍的“鐵浮屠”成片成片地倒下，他們的軍心有些動搖了。

這時，宋啟愚也登上了西衛城。正在拼死作戰的士兵們看到“帥”字大旗飄揚在箭樓之上，全都歡呼雀躍，士氣高漲到了極點。在又放了幾炮之后，有兩門鐵炮發生了炸膛，并造成數名炮兵受傷。余天錫立即命令停止裝填，靜待炮身冷卻。宋啟愚見狀也趕緊吩咐增調床子弩上城，又用預備隊輪換守城部隊，并組織士兵們抓緊時間吃飯休息。

摩柯莫利用這個空當，重新組織了部隊，并向烏利可汗做了匯報。烏利為了鼓舞部下，也親臨西衛城外，并將自己的衛隊派上了戰場。

未正時分，周軍的鐵炮再次吼叫起來。隨著一顆顆彈丸砸向柔然大軍，無論是“鐵浮屠”、攻城隊、器械隊，亦或是可汗的衛隊，都不能再用身體或精神對抗炮火。不大的工夫，他們便產生了混亂。宋啟愚轉頭命令道：“看樣子，敵人很快就會崩潰。康恩，劉戈，你們到毛小軍中，見我帥旗起伏，便從城內殺出，打他們一個措手不及。”

周軍的炮彈越打越遠。到了后來，甚至有一顆彈丸滾到了烏利可汗的親兵衛隊跟前。一匹御馬受了驚嚇，開始狂跳亂撞。衛士們擔心可汗受傷，不由分說，擁著烏利就向后退。頂在前面的柔然騎兵見可汗退卻，一下子慌了神，很多士兵開始向后逃跑。烏利可汗和摩柯莫一連斬殺了十幾個敗兵也無法阻止部隊敗退。就在這時，西衛城上的帥旗起伏了三次。周軍打開城門，放下吊橋，毛小率領著兩千騎兵吶喊著就沖了出來。已經失去斗志的柔然人再也抵敵不住，爭先恐后地向西北方向潰散，就連烏利本人也被敗兵裹挾著向北逃走。這下，被扔在戰場上的柔然傷兵和器械部隊可倒了霉，被周軍砍瓜切菜一般殺了個干干凈凈。

見毛小等人已經追出了一里多地，宋啟愚急令鳴金收兵。毛小也清楚柔然戰力仍在，隨命令部隊，一部分布陣于外，掩護撤軍，一部分打掃戰場，收繳物資。由于擔心柔然人再次利用器械攻城，毛小還下令用火焚燒了所有無法運回的器械和鎧甲。