大戰過後，漢軍回到彭城休整，清點損失，人員大概死傷了三千餘人，但好在馬匹損失不多，並不影響騎軍的戰力。眼看暫時攻破不了東人的防線，劉備也絕了速戰速決的心思，安心等待後續援軍趕來。
到了兩日之後，幷州以及關中的各路兵馬陸陸續續趕到，除去司隸校尉陳衝之外，還有羽林中郎將董越、虎賁中郎將徐晃、涼州刺史皇甫麗、偏將軍魏延、昌騎校尉楊秋、建忠都尉張繡等眾，這些兵馬抵達後，西人的兵勢多達十四萬人，已經超過了在五原駐防的審配一軍，故而軍中多有再戰之意。
於是劉備再次召開軍議，與兩府幕僚商議作戰計劃。
此議由荀攸主持，他先談論東人動向：眼下西軍先行集結，而東軍援軍未至，以致西軍此時握有兵力優勢，若兩軍合戰，對東人大大不利。且武原小城，無法囤積大量兵卒，審配理應紮營後撤等待援軍，可如今審配卻寧願冒著合戰的風險在城外駐營，估算原因，恐怕只有一個解釋：曹操的大部援軍抵達，就在這一兩日間了。
故而他總結戰術目的說：若要舉行合戰，不僅必須要勝，還需速戰速決。否則一旦拖到東人援軍抵達，取勝的良機就不復存在。
為了達到這個效果，他以為，當利用兵力充足的優勢，主動到禹王山北面更開闊的曠野合戰，以便更好地展開兩翼，更多地利用側翼的兵力優勢來開啟局面，而中軍只需要穩住陣線，並準備一支預備隊，用以打退東軍的奮死一搏，則大事可定。
陳沖頷首贊同，他轉首對劉備說：“我坐中軍，你坐右翼吧！只是計劃雖好，但還是要料敵從寬，若曹操半途趕至，我等當如何應對？這個考慮不得不做。”
眾人聽了也覺得有理，於是荀攸又做了補充。斥候在此前已探得，東人在五原東北側四十裡處的沂水築有三座浮橋，如若曹軍抵達，必然將從此處渡河。故而可在兩翼開始包抄，並取得一定成果後，分出千餘人去搶佔浮橋。沂水並非小河，又因河道起伏，水流極為湍急，一旦失去浮橋，曹軍倉促不能渡，即使趕到也將無濟於事。商議完畢，
次日上午，雨水稍停，但太陽卻還沒有出來，天上陰白的雲層讓人猜不透天氣的發展，就像是接下來的戰局一樣。而西人們分為十二隊，拄著長戟掛著鞋子從水淺處赤腳跋涉祖水，此時尚是三伏天氣，天氣還是有些悶熱，故而水流和細砂流過腳心時，竟讓人感到幾分愜意，險些讓人忘卻即將到來的大戰。
而早在西人們在營中造飯時，東人的斥候們眼看炊煙如雲，就已察覺不對，繼而猜出西人即將準備合戰。故而在西人們堪堪涉水過半的時候，如鴉群般的東人騎兵便已不期而至。
為首的乃是偏將軍顏良，他那天頭戴金色的兜鍪，身上穿漆成金色的明光甲。馬鞍左右兩側都掛著三石弓袋，手持長槊傲然而立，背後的騎士都人馬蒙甲，雪亮森嚴的槊尖朝前閃著逼人的寒光，一刻不停地打馬飛馳，連後隊的主力大軍還差著五里之遙，他便已帶著兩千騎兵趕至岸邊。
最先渡河的西人們還未來得及列陣，忽然間見到如此精銳的騎兵前來，不免有些驚惶，以致於不少旗幟都隨著左右搖曳。但雙方的距離正在飛速縮排，沒有軍候的指示，士卒們只能以什伍為單位射箭反擊，但這樣稀稀拉拉的箭失在重騎面前，幾乎毫無殺傷，顏良接著衝力殺盡散亂的人群中，頓時便是一片令人驚攝的慘叫哀嚎。
在這裡作為先鋒的正是作為中軍前鋒的黃忠所部，剛剛東人衝入陣中時，他方才上岸換甲，眼見敵軍的長槊在無陣的步卒中廝殺，心中頓覺不妙，也不等披上鐵鎧，只裹了一身內襯的牛皮便翻身上馬，對周圍的步卒們呼喚道：“戟陣！戟陣！”
不帶士卒結陣完畢，他又帶著三百名靠過來的步卒，從顏良的左翼進行包抄，然而顏良也不戀戰，見有人試圖合圍，便即刻調撥馬頭，往東奔去，等奔到原來的位置，又一次調轉馬頭，悠然地往黃忠處看去。與西人宛如利箭般的鑿穿中軍戰術不同，他的戰法更似銼刀，要一層層地打掉敵軍前鋒的銳氣，雖然威力較小，也更為從容，但對敵軍的士氣打擊卻是極大的。
黃忠此時已經來到了顏良的正對面，他身邊的人又多了些，大約到了五百人左右，但是這些人為了加快結陣，手中的槍戟並不多，多是帶了些圓盾和斫刀，有些人背了弓袋，但是箭囊卻不在身邊，但好消息是，他們作為西人的前鋒，至少都帶有不少鐵蒺梨。
顏良開始衝陣的第四個回合，這些人有條不紊地結成一道圓陣，並將手中的鐵蒺梨都扔在了身後，然後緩慢地迎著敵騎列隊前進。東人們見他們沒有長戟，結陣也非常嚴密，頓時失去了與這些人交戰的念頭，騎隊即刻如同波濤撞石般分為兩列，徑直向他們之後的步卒們殺去。然而加速之間，馬匹頓時踩上星散在泥地裡的陷阱，馬蹄為鐵刺刺中，前列的馬匹揚蹄長嘶，不少騎士顛倒在地，後面的騎士也來不及勒馬，又與前面的騎士撞在一起，又產生了不少死傷。
見東人騎士們產生頹勢，後面的黃忠立刻改圓陣為長方陣，反向衝陣的敵軍殺去。東人們見前方情形不明，後方又未與西人拉開距離，乾脆翻身下馬，持槊與背後前來的黃忠所部步戰，雙方很快戰成一團，槊刺甲，刀砍槊的聲音不絕於耳。
顏良麾下的這些騎士都是好手，即使在馬下，搏鬥也毫無懼色，反而倚仗著馬槊長度的優勢頗有殺傷，但失去了馬匹這一優勢，大局便註定向西人傾倒。越來越多的西人拿著長戟從西面圍過來，如漲潮般逐漸包裹了東人騎兵的前列，顏良當即決意回撤，但後路又為黃忠擋住，於是他親自到後陣力戰。
顏良在河北頗有勇武之名，時人以為，當不在公孫瓚之下。此時他揮舞丈長的長杆大刀殺進人群中，就好似虎入羊群，一刀噼下，幾乎都是當機立斷。這令西人步卒們大為恐慌，即使明知他是富貴之人，也少有上前圍攻力戰的。
有人指望黃忠上前對戰，黃忠卻毫無此意，他連馬槊和鐵甲都未戴，如何能與這樣一個鐵勐獸對敵？但他攜身帶有長弓與凋羽。
黃忠見顏良殺入陣中，一聲不吭地在人群中隱去，因他未穿鐵甲的緣故，東人也無人注意。未久，黃忠在一個較高的上坡處站定，他緊盯著遠處不斷搏殺的顏良，抽出一根潔白如雪的凋羽箭，將攜帶的三石強弓默默拉滿。
這時他才發現，顏良的金甲不僅極為炫目，且脖間又帶有頓項，連大部分面孔都遮住了，幾乎沒有可以一箭致命的弱點。於是他收弓，又取出兩根凋羽破甲箭握在手心，再度將弓弦拉滿。
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等到顏良又斬殺一人，在原地拄刀喘息的時候，黃忠忽然放箭，拉弓，再放箭，幾乎是一個呼吸之間，手中的三根凋羽已盡數消失，侍從幾乎還未反應過來，黃忠已然將弓弦套在肩上，而在敵陣之中，則傳來一陣陣不斷起伏的驚呼。原來顏良已拄刀坐倒在地上，在他的下腹處，一支箭失已經穿甲而入。
見主將倒下，東人的意志頓時瓦解，除了少部分人投降外，大部分人不再步戰，而是上馬竭力往東面狂奔。即使迎著刀鋒，也不管不顧地揮舞馬鞭，很多人就是這樣在突圍的過程中被斫成幾段。最終只有零零散散地百餘騎突出重圍，向著遠方正徐徐趕來的東人主力奔去。
到了這個時候，黃忠的侍從去審視顏良的屍體，見腹部只有一支箭，不由極為奇怪，他明明見主人連射三支，而一支箭又如何射穿明光鐵鎧呢？這麼想著，他費力地把顏良甲胃脫下，這才驚訝地發現，在甲胃之下，竟埋著三段箭簇。顯然只有三箭連珠，且命中同一位置才能達到如此效果。周遭的士卒得知後，便稱呼黃忠為穿石將軍。
黃忠報捷的訊息傳到帥帳後，大部西人已渡過祖水，各名將領也都陸續就位，開始如計劃般向東西兩端展開戰線。不過一刻鍾之間，東人的大隊身影也逐漸出現在戰場邊緣，像一條盤踞噬人的巨蛇。
兩軍在目睹到對方的蹤跡之後，不約而同地在這個腳下名作名叫火石埠的平原稍駐，很快又再次展開進軍。密密麻麻的人們相互審視，都覺得自己微不足道，但他們心中仍有覺悟。他們相信，將每個微不足道的力量都堆積在一起時，接下來的每一次碰撞中閃爍地每一點吶喊與火花，都將改變歷史。
而西人之中最先向東人迎擊的，則是出自袁紹舊部的麴義。