再说庞勋将兵二万出徐州后，自石山而西，一路烧杀抢掠。到宋州后，攻陷南城。这时康承训才知道庞勋的动机，赶忙派步骑八万西击庞勋，使朱邪赤心将数千骑为前锋。这时赤心之伤已经痊愈，重新回到了军中。赤心他觉得军情紧急，需要加急追击速度。于是他让赤衷与克用选出最精锐千余沙陀骑兵作为前队，以最快的速度前行。自己统领其余沙陀骑兵作为后队，一方面策应前队，另一方面时刻保持着与后面官军的联系。
庞勋久攻宋州北城不下，便放弃了。他们开始渡过汴水，向南掳掠。到达亳州后，被最前锋之沙陀所追及。先前好几次交锋，庞勋军都被沙陀打怕了。但这回庞勋见他们人少，便决定以优势兵力将沙陀消灭。沙陀骑兵被团团包围，由于朱邪赤衷旗号为敌所识，其所当之面敌军最多，纵然沙陀军骁勇无比，但敌军数量太大，赤衷领军发动数次冲突均不得出。当时朱邪克用领队在后，不为敌所注意，所当敌军稍微少些，因此包围面较薄。看到这等情势，朱耶克用摘下面罩头盔，挺起丈八铁枪，跃马向前，带军向包围层的薄弱处发动突击。克用一马当先，疾速前驰。双手握紧丈八铁枪底端，抡圆扫荡。所过之处无不马倒人亡。杀了一遭后，大声呼道“独眼小儿在此，怕死的都赶快给我闪开！”提起独眼，那在庞勋军中可谓是无人不晓，无人不畏。这番见他拼命搏杀，都争相避让。克用很快就从围中杀了出来，之后他绕到敌阵之前，与赤衷两面夹击，很快赤衷就得以解围。经此一番战斗，庞勋军与沙陀骑兵都损耗不少，两下都停战休息。稍作休整后，庞勋忽然想到“这些沙陀军应该只是前锋，就这么难啃，若大量官军在后的话，后果不堪设想。”于是庞勋率众赶忙沿涣水向东急走，准备再回到徐州，此时他们尚不知徐州已被唐收复。沙陀骑兵见其要走，便在后面追，并始终与其保持一段距离，只追不战。这让庞勋丝毫不敢懈怠，军中也一直保持着紧张的情绪，庞勋军众被沙陀逼得连饮食的时间都没有。
在到达蕲县后，庞勋想要北渡涣水，没想到县令李衮已令人把桥给断了并派军队在北岸阻拦。庞勋欲渡不能，更不幸的是，不久后八万官军尽数来到。沙陀骑兵与官军迅速布成一弓形阵将庞勋包围在其中。此弓以涣水为弦，官军为弓，弓的两端连接到河岸。庞勋已经处于绝境。为瓦解敌军斗志，官军又告诉他们徐州被陷，这让庞勋感到彻底的绝望了。
此战本可以晓谕敌军，只罪庞勋及八百戍卒，余皆不论。使得敌军弃甲而降或是击杀庞勋，从达到少杀生以致胜的目的。但官军中都人人贪图杀获之功，而沙陀骑兵又生性好斗。因此这一战演变为激烈的大决战。庞勋自知无活理，便索性孤注一掷，拼死一搏。他对大众说道“朝廷当初失信逼迫我们起兵，如今又无情的要将我们置于死地。我们拼死狠斗或许能够突围，就算战死也不失为好男儿。切莫要乞讨求活惹人耻笑。众兄弟们，今日我们同附黄泉，死也要做鬼雄！”庞勋军士个个拼死，斗志极盛。而官军也仗着优势兵力猛烈攻击。一时间军士喊杀声，兵刃交接声，战马踏地声，声声贯耳，如雷霆四作，地震山崩！
庞勋军虽是乌和之众，但今日处于背水之绝境，个个死战。当初随庞勋桂州起兵的八百军士又多数都在其中。知道投降必不能免，更是拼出命来血战！激战移时，竟将官军压得步步后退。赤心见情势危急，急忙与克用、赤衷等各自领率领一队铁骑自南而北猛冲庞勋军之中坚。他们拼命搏杀，敌阵因之披靡。铁骑奔腾，势如洪流湍急，直杀至水边，将庞勋一分为二。之后赤心克用转而向东，赤衷等向西，与官军共分为两军包围。阵型变化似W，庞勋本人处于东侧包围圈。北以河为界沙陀骑兵在阵中左突右击，无不以一当十。官军望见沙陀如此勇猛，个个勇气倍增，紧随沙陀骑兵展开猛烈反扑。庞勋军渐渐不支，大批大批的被杀，而官军的包围圈也越逼越紧，庞勋军又有大量被逼迫入了水里。想要游水北渡，对面又有李衮的士兵阻截，因此溺死者不计其数。只有极少数善泳者一边潜水一边游泳，于水中行数十里才侥幸逃得性命。
克用带领沙陀骑兵一路逐杀，将庞勋逼到了水边。由于庞勋脑肥体胖，又喜衣道士服，因此极易为人所识。这时庞勋身旁尚有数十名卫士在保护。不久后赤心也带骑赶到。克用欲挥枪前刺庞勋，赤心见庞勋此时竟然极其冷静，似欲开口，便阻止了克用，想听听庞勋临终有何言语。庞勋此时悠悠地叹了口气说道“铁沙陀，真是名不虚传。火将军，独眼龙，好一对英雄父子！”接着庞勋又以一种冷嘲热讽的语气说道“如今李唐衰颓如此，若没了你们，怕是很快就灭了吧？你们沙陀如此无敌，何不取而代之！呵呵”赤心大怒，骂道“逆贼快住嘴。死到临头还在这胡言乱语。我们沙陀祖辈数代尽忠于大唐，怎会像你这逆贼一样犯上作乱？”
庞勋冷笑道“哼。想当初我以八百兵士首倡大义，一路势如破竹，总众发展到二十万众，短短一年多的时间就攻破十余州，动摇唐朝大半个江山，天地都为我所震荡。谋事在我，今日不成，乃天也。呵呵。我虽败灭，但我看这大唐根基已然腐朽，日后必有效我而起事者，到时如迅雷闪电般摧枯拉朽，李唐必灭！”
此一战庞勋军士被杀近万人，其余的几乎全部溺死，最终丢下兵器跪地求降而得活的仅有千人，而这千人之中无一人是最初的那八百戍卒！战后很快庞勋诸处戍守纷纷投降，唯有吴迥与刘行及独守濠州对抗官军。
马举围攻濠州，自夏到冬都未攻克。到了十月，天大寒，城中粮尽，杀人而食。马举知道守将苟延残喘不会持续太久了，便令守军挖深沟布重围以困守此城。十月十七日夜晚，吴迥与刘行及带领数百精兵突围逃走，马举率兵追赶，一路杀获殆尽，直到，才追上吴迥与刘行及，将两人斩首。自此庞勋之事终算结束。
唐懿宗为嘉奖诸将，使康承训做了河东节度使并同平章事，杜慆为义成节度使，辛谠为亳州刺史。由于沙陀军立功最大，朱耶赤心父子威名远播，唐懿宗亲自召见。在赤心、克用行跪拜礼后，唐懿宗步下阶来到跟前仔细打量这对父子。两眼放光，惊叹许久，叹道“火将军，飞虎子。好一对英雄父子。汝沙陀自归唐之后，为大唐立功甚巨。汝辈若始终对我大唐忠贞不二，我唐尚有何忧！！哈哈”赤心拜谢道“承蒙陛下赏识。唐朝对我沙陀一族之厚恩难报，唯有以忠心护卫大唐，我等就是赴汤蹈火、肝脑涂地亦在所不辞！！”“好好！既然爱卿如此忠心，我就赐你们父子姓李如何？”赤心与克用赶忙拜谢。“铁沙陀，定能使我唐国运昌盛。今后你就叫李国昌吧！儿子叫李克用”。皇帝为了嘉奖沙陀之殊功，为其在云州布置一军，名为大同军，令赤心为大同军节度使。为表示自己对沙陀的信任，唐懿宗还特意将赤心留在宫中做了数日的左金吾上将军，以护卫宫禁。对赏赐之物也极为厚重。
让沙陀军为一方之节度使，镇守唐之藩镇，这等隆遇，可谓丰盛至极。后来回纥寇边，李国昌逐寇有功，唐懿宗为使李国昌能更有效的抵挡边疆之寇，便迁其做了振武节度使。沙陀所统之众更多，所镇守之地更广，开始跻身于诸雄藩镇之列！