漢軍順利越過了星磧山，進入西域境內戈壁大漠上向北疾進，白山以南的南呼衍部仍渾然不覺。作爲一次戰略性的突擊行動，遠征軍已經掌握了先機。
陰曆十一月二十日入夜後，經過四個晝夜的急行軍，漢軍前軍在波紹的斥候營嚮導下，已經繞過白山山腳，順利進入疏榆谷峽谷東口（注：即今伊吾縣一帶）。前軍主將耿秉下達了預備命令，“加速前進，前軍準備突擊！”
屯騎校尉陳睦的重騎營順着一條河流（注：即今伊吾河）當先進入峽谷，軍司馬戰壽則一馬當先，向峽谷深處衝去。天亮前，前軍到達鹽池（注：即今托勒庫勒）時，與一支南呼衍巡夜騎隊遭遇，黯淡的夜色中對方見有大軍來，便問口令。戰壽也不搭話，漢軍一擁而上，將這二十餘騎殲滅。
接着，重騎營又於途中派出小隊，襲擊並控制了位於口門子峽谷內的北匈奴驛置！
陳睦揮師西進，大軍馬不停蹄，於第三天夜間寅時過半接近蒲類城。夜色中，城門前高掛的大燈籠在小雪中搖搖晃晃、隱約可見。
“點火！”前敵大將陳睦怒聲發令。點火的命令也是攻擊令，當三堆篝火熊熊燃燒起來時，陳睦的重騎營、孫彪的越騎營已向蒲類城西的城西大營發起凌厲攻擊！
耿秉前軍已襲營，竇固聞前軍已經舉火併加速攻擊前進，便揮動中軍的渠耆屯騎營、劉萊漢騎營迅速向大營衝殺。劉張的後軍最後來到戰場，後軍各營也隨即加入戰場。
左鹿蠡王至白山南伊吾廬會晤呼衍王，會商白山防守大計，此時仍在山南。沒有人想到漢軍會來得這麼快，左鹿蠡王麾下的銩蠅與杆兜兒二位猛將都未想到漢軍會先襲疏榆谷。正後半夜酣睡之時，漢軍潮水一般鋪天蓋涌入大營，旋即營中殺聲震天，火光四起，二人出帳一看，已經到處都是漢兵，到處是哀嚎和慘叫聲。
眼看大營已破，大團大團的北匈奴士卒正頑命地向北潰逃進黑暗中，剛到戰場的一彪漢軍正鼓譟追去。銩蠅與杆兜兒知已無力迴天，慌亂中便率數千人不顧一切地殺出重圍，向西邊的西山峽谷方向潰去。
騎都尉劉張的後軍來得晚了點，他見大量的北匈奴人已開始向北潰逃，而大營內的鏖戰已分出勝負，便親率岑遵的屯騎營、任隗的越騎營向北追擊。
老將岑遵是光武帝劉秀麾下大將岑彭長子，岑彭陣亡後，岑遵嗣封細陽侯。漢明帝劉莊繼承父皇“退軍功、用文臣”國策，功臣子弟中能者，一般在邊郡任要職。岑遵永平中因軍功遷屯騎校尉，一直在劉張麾下作戰，功勳卓著。
任隗是雲臺二十八將之一的阿陵侯任光孤子，永平年間，先爲奉朝請，後歷任羽林左監、虎賁中郎將、長水校尉。並以長水校尉銜入劉張軍中，領越騎營。
越騎營與屯騎營互相策應，一路向北疾追！
他們越過沼澤地，第二日晌午時分剛到達北山山口，忽然山口“轟”地一聲炮響，兩邊的叢林內涌出一彪人馬，將大團的北匈奴人擋住去路，緊接着一陣密集的弩雨，便覆蓋了擁擠成一團的潰兵。匈奴人已經草木皆兵，此時這一彪軍結成緊密環陣，如一道城牆，矢石如雨，匈奴人退路被阻斷。
原來，這支人馬正是徐幹、祭參率領的二千名別部刑卒，此時他們已經扎住了袋口。
……
徐幹與祭參帶着別部隱藏在北山的山巔牧場裡數日，山下無人上山來，此時別部不敢大意。山巔風大寒冷，別部在刺骨的寒風中躲在馬架子屋或帳蓬內，士卒們宰殺羊羣，在炭火上烤肉就食，定時餵食戰馬，始終保持着高昂的鬥志。
天又黑了下來，波紹派來的斥候通報，都尉的大軍將於當天夜裡到達疏榆谷。別部從徐幹到刑卒，聞報都興奮不已，徐幹迅速命全軍作好攻擊準備。
約二更天，徐幹命全軍飽食一頓後，順着向西的峽谷，悄悄潛下山來。他們剛將疏榆谷通向三塘驛的峽谷截斷，蒲類城方向，火光已經熊熊而起，大戰打響了！
此時，徐幹與祭參二人帶着別部二千虎狼刑卒，前軍七百餘人全部下馬，在峽谷山道上結成弩陣。當匈奴潰兵奔逃而來時，七百支勁弩同時攻擊，一頓箭雨，便將逃到峽谷的匈奴人成排射殺，山路已經完全被封鎖，峽谷變成了鬼門關！
岑遵的屯騎營、任隗的越騎營追了上來，屯騎營司馬耿恭率軍開始陷陣，數千潰兵在夾擊下只得奪路扭頭向西，向蒲類海方向逃去。屯騎營、越騎營尾隨追去，徐幹卻令鳴金，將追殺出去的別部士卒收攏回來，並將陣地交給歙渠，自己帶別部悄然脫離戰場，順着峽谷內崎嶇不平的山路向北疾馳而去！
此刻，漢軍已經奪了疏榆谷左鹿蠡王大營.各營追殺着四散而逃的匈奴士卒。陳睦、戰壽二將帶着前軍的屯騎營，一路向西追殺，到天傍晚時，追殺到蒲類海（注：即今巴里坤湖）西邊的西山（注：漢時稱蒲類海西邊的天山支脈爲西山）口，與後軍劉張的屯騎司馬耿恭會師。
天色已晚，士卒疲憊，一向以穩健著稱的劉張命各部：“就地紮營，扎住山口，等待將令！”他自己則迅速返回竇固的中軍！
此時疏榆谷內，中軍各營仍派出部隊在肅清殘敵，在蒲類城邊的城西大營內，左鹿蠡王的金色王帳已經成爲竇固的中軍大帳。大戰之後，大營內狼籍遍地，屍山血血海，漢軍中軍士卒們頂着寒風，舉着火把在打掃戰場，但大帳內卻很安靜。竇固坐在左鹿蠡王的虎皮坐榻上，低首看着案上的羊皮圖，耿秉、劉張、耿忠都坐在大案四周。
首戰已勝，接下來是向西、還是向南，中軍正在定策。竇固打破沉寂道，“疏榆谷已下，吾軍已經立足。穩妥打法，是出山南，先助曹錢固伊吾，再擊車師前國，最後擊潰後國。更直接的打法是直接出擊車師後國，需以一往無前之勢，壓垮匈奴人！諸位有何高見？”
耿秉朗聲道，“敵已成驚弓之鳥，後國下則前國必降。末將願爲前鋒，連夜直出車師後國！”
劉張道，“大軍已取疏榆谷，伊吾廬很快亦會在吾囊中。此時宜以此爲基地，進擊車師。只是西山道路險絕，車師後國地形不熟。請問歙渠都尉，山右蒲類後國是否可爲吾用？”
歙渠抱拳道，“稟報都尉，後國國尉龍桑亡後，由百騎長蹇奇領軍。吾已派出信使，令蹇奇率五百國兵，在大石頭險隘迎接王師，並助王師直下務塗谷！”
此時中軍衆將都悄然走進大帳，站列兩排。連續奔襲幾天幾夜了，各營都十分疲憊，中軍長史黃沾很想建議略微休整一下，補充給養，包紮傷員，舔舔傷口再戰。
但竇固聞耿秉、劉張和歙渠言，便以掌擊圖，瞬間下定決心，“好，就這麼打！令關寵、耿恭、楚良、耆莫、蘇安五名軍司馬，各在本部精選五百精兵，迅速編入陳睦前軍屯騎營，爲全軍先鋒，中軍副長史郭恂爲參軍。請伯初將前軍連夜啓程，吾與中軍、後軍隨後跟進。”
說着，他又看着耿忠道，“疏榆谷乃吾軍立足之處，請老將軍與伊吾都尉歙渠一併留守疏榆谷，並接應別部。”
“末將遵令！”
進軍令已下，各營雲集蒲類海邊，關寵、耿恭、楚良、耆莫、蘇安五名軍司馬各在本部精選五百精兵，西進到西山口加入陳睦的屯騎營，耿秉便帶着他的前軍迅速出發了，竇固和劉張也揮中軍和後軍次第出發。耿忠和歙渠則分兵佈防，收拾傷員，打掃戰場，留守疏榆谷，以爲大軍根據。
至此，漢軍在下疏榆谷後未做點滴休整，便全軍連夜進入西山峽谷，向車師後國奔襲而去。
由於五司馬加入前軍，陳睦的前軍集團人數已達四千餘騎，成爲全軍鐵拳頭。陳睦以戰壽和耿恭率兩千勁騎爲先鋒，以中軍副長史郭恂爲參軍，在波紹的斥候營嚮導下，踩着戈壁荒灘順着大山澗向西疾進。
陰曆十一月下旬的天山，已經被積雪覆蓋，但這裡的峽谷寒風飛旋呼嘯，戈壁裸露着蒼涼的面容。大軍順着峽谷澗道，無數衣不遮體的匈奴人被凍死，倒斃在荒灘上。但大隊的北匈奴殘兵，已經不顧一切地逃向務塗谷。
左鹿蠡王麾下銩蠅與杆兜兒二位都尉，一邊逃竄，一邊沿途收拾殘兵。只到三天後的天黑時分，才衝出峽谷。左鹿蠡王屠耆烏不在，左都尉銩蠅便擔起了領軍之責。在峽谷大石頭轉彎處，見兩邊高山相對而立，險絕不能攀，只有中間的狹隘澗道如門扇一般可通行，便決定在大石頭（注：即今峽谷中的大石頭水庫西峽谷）設堅營，將漢軍阻斷在西山的崇山峻嶺中。
大石頭是天然險隘，因山勢而得名。兩座陡峭大山悠然遠去，在這裡形成如一扇門一般的狹窄峽谷。峽谷中亂石遍地，最窄處寬不過三十餘丈，地形窄小，大軍無法展開。如果封閉了大石頭峽谷，就切斷了疏榆谷與車師國後的聯繫。漢軍如繞道而行，將只能順着其餘峽谷繞道幾天，才翻越出天山支脈，進攻車師後國。