一开始大晋炮兵就对鲜卑人进行了毁灭性的打击。炮战仅仅进行了半个多时辰，城内的鲜卑人就无法支撑了，伤亡惨重的鲜卑人，不得不停止了炮击。而晋军炮兵，也开始进行下一步，对步兵的进攻提供火力支援。
三厢步军共九千余人，在炮兵的掩护之下，对张掖进行了猛烈的攻击。张掖虽城池坚固，但远远不能和大晋国内的那些坚城相比。在利用火力压制住城墙上的守军之后，大晋步军对张掖的城门进行了爆破。
在一声巨响当中，张掖的城门被炸成了碎片，随即晋军迅速突入张掖城中，秃发推斤在得知城破之后，随即下令与晋军展开惨烈的巷战。很显然鲜卑人在防卫上做的很出色，他们知道在近战条件下鲜卑人不是晋军的对手。
因此秃发推斤在每一条街道上，每一个房间内，都布置了大量的弓箭手。在刚开始的时候，晋军在猝不及防之下被鲜卑的弓箭手射杀不少，曾一度还压制住了晋军的攻势。
在后方指挥的张轨得知之后，迅速命令炮兵前移，为步军提供更直接的火力支援。一旦遇到鲜卑人的阻击，直接对目标进行摧毁，这样以来，大大的减轻了损失，同时也加快了攻击的进度。还对鲜卑人造成了巨大的伤亡。
对于这种情况，只要不是牵扯到汉人，晋军将士一般都熟视无睹，这些年来随着各地胡人陆续造反，让大晋人人都懂得非我族内其心必异这个道理。所以一路上晋军遇到的任何胡人都不在晋军的保护范围之内。
随着晋军攻击的强度加大，城内的秃发推斤也意识到了危急，当晚他率领两万多鲜卑人张掖西门出城，企图突围而去。
幸亏张轨早有准备，五万胡族联军对突围的鲜卑人展开了追杀。经过一夜的战斗之后，近三万鲜卑骑兵被歼灭，仅仅只有秃发推斤带着两千余人趁乱逃离。
攻克张掖之后，张轨留下了马贤领着两厢骑军以及两万羌族骑兵继续扫荡张掖郡内鲜卑人残余势力。而他自己的率西北军主力继续西进，准备收复酒泉郡、敦煌郡。
这场战斗出乎了河西鲜卑的预料，他们没想到整个大战会呈现出一边倒的局面。鲜卑人不要说打败晋军了，就是连一丝还手之力都没有，这种技术和战术上的差距根本不是他们所能改变的。
这一战也极大的震慑了跟随晋军作战的羌人和吐谷浑人，本来吐延父子还打算占点便宜，但如今他们早就没了这样的想法。再加上吐谷浑父子一直都有在青海建立独立王国的打算，接下来他们不得不考虑一旦他们建国会不会同样引起大晋的反弹。尽管他们占据着高原地利，但一想起晋军那恐怖的战力，吐谷浑没有足够的底气。
同样归附羌人也被吓了一大跳，不过也大大加强了对方归顺大晋的决心，这一战之后，不少西北地区的羌族都准备向大晋投诚。