汉军顺利越过了星碛山，进入西域境内戈壁大漠上向北疾进，白山以南的南呼衍部仍浑然不觉。作为一次战略性的突击行动，远征军已经掌握了先机。
阴历十一月二十日入夜后，经过四个昼夜的急行军，汉军前军在波绍的斥候营向导下，已经绕过白山山脚，顺利进入疏榆谷峡谷东口（注：即今伊吾县一带）。前军主将耿秉下达了预备命令，“加速前进，前军准备突击！”
屯骑校尉陈睦的重骑营顺着一条河流（注：即今伊吾河）当先进入峡谷，军司马战寿则一马当先，向峡谷深处冲去。天亮前，前军到达盐池（注：即今托勒库勒）时，与一支南呼衍巡夜骑队遭遇，黯淡的夜色中对方见有大军来，便问口令。战寿也不搭话，汉军一拥而上，将这二十余骑歼灭。
接着，重骑营又于途中派出小队，袭击并控制了位于口门子峡谷内的北匈奴驿置！
陈睦挥师西进，大军马不停蹄，于第三天夜间寅时过半接近蒲类城。夜色中，城门前高挂的大灯笼在小雪中摇摇晃晃、隐约可见。
“点火！”前敌大将陈睦怒声发令。点火的命令也是攻击令，当三堆篝火熊熊燃烧起来时，陈睦的重骑营、孙彪的越骑营已向蒲类城西的城西大营发起凌厉攻击！
耿秉前军已袭营，窦固闻前军已经举火并加速攻击前进，便挥动中军的渠耆屯骑营、刘莱汉骑营迅速向大营冲杀。刘张的后军最后来到战场，后军各营也随即加入战场。
左鹿蠡王至白山南伊吾庐会晤呼衍王，会商白山防守大计，此时仍在山南。没有人想到汉军会来得这么快，左鹿蠡王麾下的铥蝇与杆兜儿二位猛将都未想到汉军会先袭疏榆谷。正后半夜酣睡之时，汉军潮水一般铺天盖涌入大营，旋即营中杀声震天，火光四起，二人出帐一看，已经到处都是汉兵，到处是哀嚎和惨叫声。
眼看大营已破，大团大团的北匈奴士卒正顽命地向北溃逃进黑暗中，刚到战场的一彪汉军正鼓噪追去。铥蝇与杆兜儿知已无力回天，慌乱中便率数千人不顾一切地杀出重围，向西边的西山峡谷方向溃去。
骑都尉刘张的后军来得晚了点，他见大量的北匈奴人已开始向北溃逃，而大营内的鏖战已分出胜负，便亲率岑遵的屯骑营、任隗的越骑营向北追击。
老将岑遵是光武帝刘秀麾下大将岑彭长子，岑彭阵亡后，岑遵嗣封细阳侯。汉明帝刘庄继承父皇“退军功、用文臣”国策，功臣子弟中能者，一般在边郡任要职。岑遵永平中因军功迁屯骑校尉，一直在刘张麾下作战，功勋卓著。
任隗是云台二十八将之一的阿陵侯任光孤子，永平年间，先为奉朝请，后历任羽林左监、虎贲中郎将、长水校尉。并以长水校尉衔入刘张军中，领越骑营。
越骑营与屯骑营互相策应，一路向北疾追！
他们越过沼泽地，第二日晌午时分刚到达北山山口，忽然山口“轰”地一声炮响，两边的丛林内涌出一彪人马，将大团的北匈奴人挡住去路，紧接着一阵密集的弩雨，便覆盖了拥挤成一团的溃兵。匈奴人已经草木皆兵，此时这一彪军结成紧密环阵，如一道城墙，矢石如雨，匈奴人退路被阻断。
原来，这支人马正是徐干、祭参率领的二千名别部刑卒，此时他们已经扎住了袋口。
……
徐干与祭参带着别部隐藏在北山的山巅牧场里数日，山下无人上山来，此时别部不敢大意。山巅风大寒冷，别部在刺骨的寒风中躲在马架子屋或帐蓬内，士卒们宰杀羊群，在炭火上烤肉就食，定时喂食战马，始终保持着高昂的斗志。
天又黑了下来，波绍派来的斥候通报，都尉的大军将于当天夜里到达疏榆谷。别部从徐干到刑卒，闻报都兴奋不已，徐干迅速命全军作好攻击准备。
约二更天，徐干命全军饱食一顿后，顺着向西的峡谷，悄悄潜下山来。他们刚将疏榆谷通向三塘驿的峡谷截断，蒲类城方向，火光已经熊熊而起，大战打响了！
此时，徐干与祭参二人带着别部二千虎狼刑卒，前军七百余人全部下马，在峡谷山道上结成弩阵。当匈奴溃兵奔逃而来时，七百支劲弩同时攻击，一顿箭雨，便将逃到峡谷的匈奴人成排射杀，山路已经完全被封锁，峡谷变成了鬼门关！
岑遵的屯骑营、任隗的越骑营追了上来，屯骑营司马耿恭率军开始陷阵，数千溃兵在夹击下只得夺路扭头向西，向蒲类海方向逃去。屯骑营、越骑营尾随追去，徐干却令鸣金，将追杀出去的别部士卒收拢回来，并将阵地交给歙渠，自己带别部悄然脱离战场，顺着峡谷内崎岖不平的山路向北疾驰而去！
此刻，汉军已经夺了疏榆谷左鹿蠡王大营.各营追杀着四散而逃的匈奴士卒。陈睦、战寿二将带着前军的屯骑营，一路向西追杀，到天傍晚时，追杀到蒲类海（注：即今巴里坤湖）西边的西山（注：汉时称蒲类海西边的天山支脉为西山）口，与后军刘张的屯骑司马耿恭会师。
天色已晚，士卒疲惫，一向以稳健著称的刘张命各部：“就地扎营，扎住山口，等待将令！”他自己则迅速返回窦固的中军！
此时疏榆谷内，中军各营仍派出部队在肃清残敌，在蒲类城边的城西大营内，左鹿蠡王的金色王帐已经成为窦固的中军大帐。大战之后，大营内狼籍遍地，尸山血血海，汉军中军士卒们顶着寒风，举着火把在打扫战场，但大帐内却很安静。窦固坐在左鹿蠡王的虎皮坐榻上，低首看着案上的羊皮图，耿秉、刘张、耿忠都坐在大案四周。
首战已胜，接下来是向西、还是向南，中军正在定策。窦固打破沉寂道，“疏榆谷已下，吾军已经立足。稳妥打法，是出山南，先助曹钱固伊吾，再击车师前国，最后击溃后国。更直接的打法是直接出击车师后国，需以一往无前之势，压垮匈奴人！诸位有何高见？”
耿秉朗声道，“敌已成惊弓之鸟，后国下则前国必降。末将愿为前锋，连夜直出车师后国！”
刘张道，“大军已取疏榆谷，伊吾庐很快亦会在吾囊中。此时宜以此为基地，进击车师。只是西山道路险绝，车师后国地形不熟。请问歙渠都尉，山右蒲类后国是否可为吾用？”
歙渠抱拳道，“禀报都尉，后国国尉龙桑亡后，由百骑长蹇奇领军。吾已派出信使，令蹇奇率五百国兵，在大石头险隘迎接王师，并助王师直下务涂谷！”
此时中军众将都悄然走进大帐，站列两排。连续奔袭几天几夜了，各营都十分疲惫，中军长史黄沾很想建议略微休整一下，补充给养，包扎伤员，舔舔伤口再战。
但窦固闻耿秉、刘张和歙渠言，便以掌击图，瞬间下定决心，“好，就这么打！令关宠、耿恭、楚良、耆莫、苏安五名军司马，各在本部精选五百精兵，迅速编入陈睦前军屯骑营，为全军先锋，中军副长史郭恂为参军。请伯初将前军连夜启程，吾与中军、后军随后跟进。”
说着，他又看着耿忠道，“疏榆谷乃吾军立足之处，请老将军与伊吾都尉歙渠一并留守疏榆谷，并接应别部。”
“末将遵令！”
进军令已下，各营云集蒲类海边，关宠、耿恭、楚良、耆莫、苏安五名军司马各在本部精选五百精兵，西进到西山口加入陈睦的屯骑营，耿秉便带着他的前军迅速出发了，窦固和刘张也挥中军和后军次第出发。耿忠和歙渠则分兵布防，收拾伤员，打扫战场，留守疏榆谷，以为大军根据。
至此，汉军在下疏榆谷后未做点滴休整，便全军连夜进入西山峡谷，向车师后国奔袭而去。
由于五司马加入前军，陈睦的前军集团人数已达四千余骑，成为全军铁拳头。陈睦以战寿和耿恭率两千劲骑为先锋，以中军副长史郭恂为参军，在波绍的斥候营向导下，踩着戈壁荒滩顺着大山涧向西疾进。
阴历十一月下旬的天山，已经被积雪覆盖，但这里的峡谷寒风飞旋呼啸，戈壁裸露着苍凉的面容。大军顺着峡谷涧道，无数衣不遮体的匈奴人被冻死，倒毙在荒滩上。但大队的北匈奴残兵，已经不顾一切地逃向务涂谷。
左鹿蠡王麾下铥蝇与杆兜儿二位都尉，一边逃窜，一边沿途收拾残兵。只到三天后的天黑时分，才冲出峡谷。左鹿蠡王屠耆乌不在，左都尉铥蝇便担起了领军之责。在峡谷大石头转弯处，见两边高山相对而立，险绝不能攀，只有中间的狭隘涧道如门扇一般可通行，便决定在大石头（注：即今峡谷中的大石头水库西峡谷）设坚营，将汉军阻断在西山的崇山峻岭中。
大石头是天然险隘，因山势而得名。两座陡峭大山悠然远去，在这里形成如一扇门一般的狭窄峡谷。峡谷中乱石遍地，最窄处宽不过三十余丈，地形窄小，大军无法展开。如果封闭了大石头峡谷，就切断了疏榆谷与车师国后的联系。汉军如绕道而行，将只能顺着其余峡谷绕道几天，才翻越出天山支脉，进攻车师后国。