在刘拯和大岳在南岸调兵遣将的同时，大眼在北岸击溃已渡过沔水的梁军后，又率军直接扑向了梁康。梁康本是赶去增援渡口的，途中得报说四五万兖军杀来，便就地布阵守住河防，等待李彤部的到来。
刚刚布阵完毕，王金龙率兖军自西翼铺天盖地的杀了过来，梁康令士卒在前沿死守住。但梁康部此时仅两万人，面对四万兖军的猛攻，力不能支，前沿被迅速攻破。兖军突入大营，梁康下令在寨内拼死抵抗。就在梁军濒临崩溃之时，李彤率部赶到，加入战团。
金龙见梁军势众，便率军退回，在西翼扎营对峙。而李彤率部在东翼退走后，刘拯顺势率大军渡过沔水，尾随而来，在东翼扎住。此时梁康仅剩不到六万人，而周围的兖军却有十三万之众。
梁康在大帐聚众商议对策。魏雍道：“东南北皆有重兵合围，兖军总兵力已达十余万，我军已无力再战，为今之计，也只有率部向北突围归顺北周了。”梁康听后，心中酸楚无比。他怎么说也是汉人士大夫阶层，一直对异族统治者嗤之以鼻，怎么能屈尊往投鲜卑，简直是奇耻大辱。虽现在南梁与北周暂为同盟，但那仅为权宜之计，待王业恢弘之时，这些北虏早晚是要剿除的。但郑庸就不同了，虽然这些年和南梁一直处于战争状态，但毕竟郑庸集团还是汉人的政权。
经过激烈的心理斗争，梁康遂打定主意，今日有战而已，梁军尚有六万之众，若坚守不出，兖军要想全歼梁军也非易事，说不定益州还会再派援军，朝廷也不可能坐视不救。便下令诸军，死守待援。
却说刘拯和大岳分从东西翼困住梁军后，怕其北逃，又分别派万余人向北部迂回，此时的梁康已彻底陷入绝境。但兖军并没有急于发起攻击，因为梁军毕竟还有六万人，若强行攻取定会伤亡不小，况此时的梁康已是瓮中之鳖，周围再无援军。刘拯等遂采取围而不攻的战术，欲待梁军粮尽，军心瓦解之时再发起突击。
而此时梁康周围确实已没有援军。荆州梁军要想驰援汉中，因为西部武当山、大巴山等山脉纵横，必须北经襄阳，但襄阳和新野此时已有七八万兖军步兵驻扎，要想经此路增援已是没有可能。而益州的班平理论上是可以驰援的，但严忠的四万人败归后，为掩饰失败，极言兖军无敌，不可战胜。班平此时也仅有自保之心。
北周的宇文觉不是没想过趁兖梁在汉中大战派兵干预。但一是自北向南边境的二十余万兖军已是压的他透不过气来，他不敢再动干戈，二是即便能顺利占领南郑，但接踵而来的便是要直面汉中的十余万兖军，宇文觉没有这个底气，更没有这个实力，尽管他知道汉中对于北周的重要性，但没办法，国力不济之下，最终只得作罢。
却说期间梁康率部多次试图突围，但都被兖军压了回去。兖军在将梁康大军围困月余之后，发出了最后通牒，但梁康依然置若罔闻。在多次招降无果后，兖军最终发起了总攻。
刘拯和赵大岳率大军东西对攻，而杨大眼和庞云也在南翼发起强渡。被围困多时的梁军在梁康的严令下勉强抵抗，但在优势兖军的凌厉攻势下，迅速土崩瓦解。先是刘拯部在东翼突破前沿攻入大营，接着北翼的兖军击溃当面梁军杀入。梁军纷纷放下武器投降，梁康在中军见大势已去，引刀自刎。
历时四个月的汉中之战结束了，兖军南北两路相互配合，最终全歼了汉中守军，达成了这一对于来说至关重要的里程碑式目标。从此南梁和北周被彻底断绝联系，汉中的兖军北可威胁长安，南可直下益州，兖军的战略优势进一步扩大。
郑庸在肥城得知兖军顺利夺取汉中，大喜。令刘拯、王金龙率八万大军镇守南郑，而令赵大岳和杨大眼率本部八万人休整两月，然后继续挥师南下，相机夺取成都。
而南梁在兖军夺取汉中之时却未派出一兵一卒。其实，早在刘拯和赵大岳的十余万兖军西进汉中之时，萧衍便聚朝中重臣商议。以辅国将军为首的少数主战派认为，若兖军夺取汉中，则必会继续染指益州，彼时长江上游落入之手，则兖军随时可顺江东下，直取建康，可令荆州和湘州守军取道白帝入川北援，在汉中与兖军决一死战。
而以尚书令沈约为首的多数主和派皆认为，兖军自灭亡北齐后，军威大振，实力雄厚，此诚不可与之争锋，现兖梁周三足鼎立，若我大梁举全国之力与兖军在汉中决战，胜负尚且不论，北周则坐收渔翁之利矣。况梁军自荆湘调兵，而兖军亦可自雍州调兵往援。且梁兖边境的数十万兖军尚自虎视眈眈，若我荆湘二州兵力西进，则东部各州的兖军极有可能会趁机南下，彼时莫说汉中，就是建康亦陷入险境，汉中毕竟偏居西北，而江南各州方为我大梁根基。为今之计，只可令益州守军前往驰援，汉中本有十五万大军，未必获败。
那萧衍深知汉中之重要，甚想派军驰援。但沈约等人的言论也句句在理，失去汉中犹如失去臂膀，但若江南各州有失，则是心腹巨患。权衡利弊之下，最终采纳了沈约等人的建议，仅命益州班平率部往援。
班平得令后，即命严忠率大军四万北上，结果损兵折将，大败而归。严忠败归后，大肆宣扬兖军无敌，现在班平已是畏兖如虎，偏偏此时萧衍再次命其率主力北上驰援。此时汉中战事已接近尾声，梁康被兖军十余万人困在沔水以北。但皇命难违，班平不得不出兵，于是亲率大军四万，前往会合兖败归巴渠的严忠部两万余人，再次北上。不过这次班平取了一个“托”字诀，大军一日仅行二十余里，距沔水还近百里之时，斥候便来报，说梁康部全军覆没。
班平得报后如释重负，下令各军返回成都和巴渠，同时上书朝廷，说兖军凶悍，驰援不及而梁康部已遭不测，臣痛心疾首，云云。