孫傳庭的長處就在於擅長自力更生，積蓄力量。
柿園之役敗歸陝西后，孫傳庭招兵買馬、發展生產、置辦武器，經過大半年的努力，陝西官軍實力有顯著增長。
孫傳庭還發明瞭一種戰車，上面裝載火炮，車廂裡存放士兵的衣服和糧食，名叫火車。這種火車共打造了二萬輛，組成一個火車營，由總兵的白廣恩統領。
火車打仗時可以用來衝擊騎兵，宿營時可以作爲柵欄保證野戰部隊安全，行軍時還可以作爲後勤運輸工具，對於長途行軍打仗，有一定的好處。
但是火車機動性差，在野戰中往往容易吃虧，其防守和後勤的作要大於進攻的作用，在大規模的戰事中自身難保，很可能會引發潰敗，大規模發展火車，隱患也是顯而易見的。
五月，崇禎命孫傳庭兼督河南、四川軍務，不久又封他爲兵部尚書，改稱督師，加督山西、湖廣、貴州及江南、北軍務，並賜予尚方寶劍。
八月，在崇禎的一再催促下，孫傳庭在西安關帝廟誓師，統率總兵白廣恩、高傑、牛成虎等部十萬衆東出潼關，同時檄調各路人馬夾攻李自成。
李自成得知陝西官軍出關的消息，親統大軍北上河南迎敵。
由於河南境內赤地千里，缺少糧草，李自成採取了誘敵深入的戰略，把主力部隊部署在郟縣以南的地區，把後勤問題留給長途跋涉的官軍。
由於民軍放棄了潼關到郟縣的廣闊地帶，陝西官軍一路上“勢如破竹”，八月上旬佔領洛陽，九月八日攻戰汝州，民軍督尉四天王李養純投降。
李養純的投降後向官軍泄露秘密，給民軍帶來很大損失，他報告說：民軍的老營在唐縣，精銳部隊在襄城，地方上任職的文武官員屯聚在寶丰。
孫傳庭根據這個情報採取了有針對性的行動，首先攻破寶丰，斬僞州牧陳可新等，然後揮師唐縣，將安置在那裡的民軍家屬斬殺貽盡。
九月十四日，官軍和民軍主力在郟縣進行激戰，民軍戰敗逃跑，官軍緊追不捨，果毅將軍謝君友被俘殺，李自成本人也差點被擒。後來民軍逃入襄城，官軍也尾隨而至。
面對危局，一些民軍將士產生的投降的念頭。李自成說：“別擔心，我殺藩王，焚燒皇陵，罪在不赦，不妨再次決一死戰，如果不能取勝，你們再殺我投降也不晚。”
這時老天幫了民軍的忙，大雨整整下了七天，城外露舍的官軍苦不堪言，由於道路泥濘，官軍的糧車難以移動，官軍的後勤出現問題。
官軍希望破郟縣獲取給養，但是郟縣早己坐吃山空，破城後只得到一些騾馬，很快就被士兵們分食殆盡。
這時李自成派大將劉宗敏率一萬名騎兵從小路抄到官軍後方，切斷官軍的糧道，爲了麻痹官軍，李自成用大牌寫下戰書，約定日期同官軍決戰，以此牽拌官軍。
士兵們有雨淋沒飯吃，情緒開始浮燥起來，孫傳庭無奈之下，只好決定回師迎糧，他命令河南總兵陳永福留守軍營，自己統率嫡系陝西官軍分路回師打通糧道。
陳永福部下士兵看到陝西官軍走了，自己卻被留下來忍飢挨餓充當替死鬼，都憤憤不平，也都跟在陝西官軍後面撤退（前軍移，後軍亂），陳永福無法控制局面（永福斬之不能止），官軍隊伍大亂，民軍乘機發起進攻，官軍全線崩潰。
官軍逃到南陽才緩過神來，調頭迎戰民軍，雙方展開大戰。
民軍戰陣共有五重，第一重是饑民，第二重是步兵，第三重是騎兵，第四重是精銳騎兵，第五重是家屬。
官軍攻破了民軍前三重戰陣，與第四重戰陣的精騎相持不下，鏖戰中，白廣恩部火車營招架不住，率先潰敗。
火車營的潰敗引發連鎖反應，騎兵也招架不住逃跑，戰場形勢瞬間發生鉅變，由雙方互相廝殺變爲一方追殺另一方。
民軍傾巢而出，窮追不捨，一日一夜追殺四百餘里，官軍死亡四萬餘人，損失兵器輜重數十萬。
此役，大明僅有的“一副家當”損失殆盡，成了待宰的羔羊，民軍的戰略問題也迎刃而解，擴大戰果，乘勢奪取關中，就像順手牽羊一樣簡單。
十月，民軍攻陷潼關，孫傳庭死於亂軍之中。崇禎懷疑孫傳庭沒有死，不予贈廕。
民軍長驅直入，一路克捷，很快就包圍了西安。
十一日，西安守將王根子打開城門投降，秦王朱存樞被活捉，陝西巡撫馮師孔等人自殺身亡。
佔領陝西后，李自成兵分三路，追剿官軍殘餘勢力，肅清陝北並收取西北固原、寧夏、甘肅三邊軍事重鎮。
官軍將領白廣恩、高汝利、左光先、陳永福等人先後投降，民軍以雷霆萬鈞之勢展開進攻，到崇禎十六年底，民軍佔領西北各重鎮，把明朝二百多年來傳統的軍事基地變成了民軍的大後方。
郟縣戰役和鬆錦大戰一樣，都是決定明朝命運的戰略決戰，在這兩場戰役中，明軍並非沒有機會，但是由於種種原因，最終歸於失敗。
兩場戰役有許多相似之處：
一、明軍都是先勝後敗。
二、都是因爲明軍主動撤退導致失敗。
三、都是因爲缺乏糧草而撤退。
四、都是因爲長途進軍產生後勤問題。
兩場戰役也有一些不同之處：
一、郟縣戰役是一場夾生飯，官軍人數遠遠少於民軍；而鬆錦戰役中敵我力量相當。
二、作爲指揮官，孫傳庭的失誤在於過度使用火車營，在大戰中有拖累部隊的嫌疑；而洪承疇的失誤在於膽小畏戰。
三、郟縣戰役中官軍遇到連陰雨，造成後勤困難； 鬆錦戰役中洪承疇過於保守，過度收縮部隊導致後路被斷，是造成後勤問題的主要原因。
四、洪承疇戰敗投降當了漢奸崇禎親自祭祀，孫傳庭戰死沙場卻沒有得到贈蔭。
贊曰：從趙武靈王胡服騎射時起，戰車就早己被淘汰，孫傳庭卻花大力氣製造戰車，實在是匪夷所思。究其原因，無非是想增強防守的力量，豈不知爭戰中進攻是最好的防守，兵敗如山倒，覆巢之下，安有完卵？有什麼能夠保得了身家性命呢？
崇禎年間史料記載旱情嚴重，有所謂小冰河期之說，然而孫傳庭復出後指揮的兩場決定明朝命運的決戰（柿園之役和郟縣之役）都因爲遇到連陰雨而戰敗，概率實在是高。是歷史記載的不夠全面呢？還是明朝氣數己盡，連老天爺都不幫忙呢？