徐自為又看了看天，覺得已經差不多了，再等下去恐怕自己的部隊都會出現凍傷了。他慢慢地拔出了寶劍，高高地舉過了頭頂，旁邊的周士信也拔出配劍，舉過頭頂，他們身旁的漢軍將士們也都拔出了自己的馬刀，接著，緊張注視著他們的所有漢軍將士也能拔出了馬刀，舉過頭頂，整個動作沒有人說話，只有兵器出鞘的聲音。三萬人同時都舉起了手中的兵器，指向天空，這是準備進攻的信號。沒有戰前的動員，可所有的人都知道這場仗的意義。
徐自為開始讓戰馬緩緩地前進，所有的漢軍鐵騎也都跟著前進，開始的時候大家的速度很慢，在運動中逐漸地拉開了距離，接著，整個隊伍開始加速，而且速度越來越快，大家很快就把速度提到最大。沒有喊殺聲，只有馬蹄敲擊地面的響聲，淺淺的積雪根本無法掩蓋如此巨大的響聲，在黑夜中，整個大地都在顫抖。
越來越多的護衛超過了徐自為，他們是不會讓自己的統帥衝在最前面的，當漢軍鐵騎衝到河西聯軍大營前的時候，只有極少數敵方士兵跑出自己的帳篷看個究竟。
「殺！」衝在最前面的漢軍大喊著，連人帶馬撞向對方營寨的寨牆，這種寨牆是用木板釘在一起，後面用木條支撐，很難抵擋騎兵的衝撞，只有少數騎兵在衝撞時摔下馬來，更多的則蜂擁而入，衝向河西聯軍營壘的深處。
「衝上去，殺！殺光他們，別放走一個！」徐自為興奮了，他發現對方根本沒料到自己會在這種天氣裡劫營，許多人都是從帳篷中跑出來想看個究竟，卻很快被漢軍殺死。漢軍所用的馬刀在這樣的環境下最能發揮它的作用，沒有戰馬，沒有兵器的敵軍，就像漢軍練習砍殺時的木樁，每一下劈刺都能收割一條生命。
由於對方騎兵眾多，所以整個大營很寬，各個帳篷之間的間距也很大，以便騎兵在大營裡能夠自由的行動，可現在，這樣的設置卻給了漢軍提供了理想的攻擊場所。前面的漢軍沒有遲疑，盡量向對方大營的縱深衝去，只是隨手砍殺那裡從帳篷裡剛剛出來，到處亂竄的敵兵，而中間及後隊的漢軍，則一個帳篷一個帳篷的圍剿敵軍，有人騎兵甚至直接騎著馬衝入帳篷中，將那些還躺在被窩裡的敵兵踩得稀爛。
沒有人想著去抓俘虜，也沒有人去檢查有沒有漏網的敵兵，只要沒有抵抗，漢軍就不斷地向前衝去，因為他們不能給對方集結或逃跑的時間，他們必須在對方沒有反應之前徹底擊潰。
徐自為已經衝入了對方的大營，現在已經不需要他帶頭衝鋒了，所有的漢軍都在各部長官的帶領下按預定的攻擊線路前進。徐自為在一處空地上停了下來，他的警衛營立即清查周圍的一些帳篷，在他的周圍設置一個防衛圈。
周士信比他沖得還快，他已經帶人在對方營地裡轉了一圈，過了把癮，然而才匆匆地趕回來向徐自為報告情況，他老遠就向徐自為大喊：「哈哈……痛快啊，老將軍，對方一點防備都沒有，根本沒有組織抵抗，現在各師正按計劃向前推進，我軍的前鋒已經衝到了他們的後營了。」
衝到敵方的後營，意味著對方根本沒有時間，也沒有地方再進行集結，可以說，這場仗已經勝了。不過徐自為卻乃不滿足，他對傳令兵說道：「命令四十一師，跟緊四十五師，一定要把對方截成幾段。」按照徐自為戰前佈置的作戰計劃，他把漢軍六個師一下子都壓了上去，其中四十一和四十五兩個師負責中路突破，而另四個師則負責從兩翼推進，這一仗沒有預備隊，所以不能給對方任何喘息的機會。
事實上，河西聯軍也根本沒有喘息的機會，年初，徐自為曾偷襲過他們一次大營，著實讓他們緊張過一陣，可他們沒想過徐自為會在這種環境下故伎重演。河西聯軍的所有官兵都在自己的帳篷裡躲避嚴寒，當有人發現漢軍來襲時，大家第一件事不是想著找馬找兵器，而是找衣服，因為這種天氣不穿好衣服，用不了多長時間就會被凍死。所以當漢軍已經攻入整個營寨的時候，幾乎沒遇到任何抵抗，而當河西聯軍官兵穿好衣服，提著兵器出來的時候，已經不可能阻擊漢軍的進攻了，他們唯一能做的就是逃跑，向沒有漢軍出現的地方逃去。
當天色微明的時候，雪還在下著，整個大營的喊殺聲已經停止，所有沒來得及逃走的河西聯軍都停止了抵抗，漢軍也停止了屠殺。徐自為沒有時間統計自己的戰果，他命令部隊立即集結，押著俘虜返回自己的大營，把能帶走的東西都帶走，就連那些俘虜們也幫著搬運東西，因為他們知道，如果沒有多餘的物資，首先遭殃的就是他們。
中午時分，徐自為率軍渡過伊犁河返回自己的大營，傍晚的時候，派出去截殺逃敵的四萬烏孫騎兵也回來了，由於他們行動緩慢，只抓到了數千逃散的敵軍。直到這個時候，徐自為才開始清點自己的戰利品，五萬俘虜，十萬多匹戰馬，數十萬牲畜，無數的輜重兵器，雖然不知道這一夜有多少人死在漢軍的馬刀下，但大家都知道，即使是逃走的敵軍也會因沒有食物，沒有御寒的衣物而喪生在冰天雪地裡。
事實也是如此，由於雙方在此已經對峙了一年有餘，周圍的部落都已遷走，逃走的數萬敵軍根本得不到任何補給，他們只能殺死僅有了一些戰馬充飢，再從倒斃在路邊的同伴身上扒下衣服穿在自己身上，在他們當中，許多人為了一塊馬肉，或是一隻靴子不惜殺死自己的同伴。最後，他們當中只有不足萬人逃回了大月氏的都城藍氏城，其餘十萬人都死在了漢軍的馬刀下，或是死在了嚴寒之中。
伊犁河一戰使得徐自為的聲望在西域一帶如日中天，即使是漢軍與匈奴交戰的數十年間也沒有如此大的勝利，十七萬敵軍一夜間灰飛煙滅，漢軍從此再也沒有在西域有過大的戰爭。
此戰過後，大月氏等國徹底喪失了與漢軍對陣的信心，許多小國紛紛遣使長安，希望得到漢朝的保護，他們從此成為漢朝的附屬國。