增援作战由廉颇亲自督战。丹水南边的山脚下，是赵军建立的面向高都的第一道防线，有一座十分坚固的城池。而这座城池正对着端氏-长平的出山谷口。这为增援作战提供了良好的支撑。援军的调动集结都可以在壁垒的掩护下进行，出城越过并不深阔的丹水时，可以得到城上兵力的掩护。是一个优异的出击阵地。
过河以后，是丹水冲积而成的一小片平原。走过四五里平地，再走七八里坡地，就是秦军的营垒群。营垒群两端由并不险峻的山地加以掩护。泫水从营垒南面流出，注入丹水，两河交汇处还诞生过一个小国泫氏，不过现在只剩下断壁残垣。
谷口长约十五里。如果只为了奇袭秦军，从两侧山地潜入也不是不可以。但增援作战是为了打通谷内赵军的出口，正面强攻是直捷了当的策略。廉颇在这里住了两年，各地地形早已了然于胸。他选择了北面山地与谷地交界的一段长约六七里的正面，作为正面突破的重点。其他地段只派出了牵制兵力。由于总正面有十五里长，廉颇调集了三万兵力，主攻方向上有两万人。
在一个正面上展开三校六营，各种旗帜飘扬，兵器如林，在日光下熠熠生辉，气势恢宏。前军万人除留一营作为亲营外，其余九营分为三阵，轮番冲击秦军的阵地。
赵军过河、列阵前行均未遭到秦军骚扰，十分顺利。当第一阵走到距秦营百步之遥时，秦人一声鼓响，射出漫天箭雨。大约到营前五十步时，伏于地上的秦军站起身来，略整整队形，就向赵军冲来。刚被箭雨折腾的赵军自然不是养精蓄锐已久的秦军对手，阵型散乱，向后退去。秦军只追击十几二十步，待与赵军脱离接触后，就回到营栅底下坐下休息。
这样的情形在长达六里的战线上到处上演着。时间长了，赵军上坡和距离较远的劣势就显现出来了。由于每次出击都是上坡，对体力的消耗较大；加之从一里以外的地方整队出击，开始还不觉得，越打越感觉体力不支。相反，秦军从上往下打，每次又只出击三五十步，体力的差距越拉越大。前军将见屡攻不能得手，请示廉颇要不要从山地突击一下。廉颇看了看对面山上堆积的石块，觉得更没把握，没有同意。
午后，廉颇将前军撤下来休息，换中军上前进攻。中军在上午只是观战，体力充沛。但秦人也将前军后撤，换上生力军。开始时赵军还能与秦人纠缠一会儿，但三五个回合之后，赵军体力消耗更大的毛病开始显现，有效对抗的时间越来越短。
阵前被挑翻的伤员，秦军基本都能得到同伴的支援和救治；赵军就惨了：跌跌撞撞往回跑常常会受到箭矢的追杀；就躺在战场上，等待赵军的下一次进攻，可能还更安全一些。——由于赵军弩箭的威胁，秦人也不敢过去收割首级。
谷内赵军的突围以及被迅速歼灭，也全都看在廉颇的眼中。看见秦人并未使出全力，自己三万人就已经攻不动了，更重要的是，谷内的守军已经全军覆没，无人可以救援了。随着秦军生力军投入战斗，赵军已经难以支撑。廉颇下令收兵回营。
城上钟声鸣响，红旗换成白旗，三军将各处鸣钟，收回自己的部队。赵军也训练有素，攻击的部队均缓缓而退。秦人追至五十步外，遭到赵军弓箭袭击，也就不再追击，缓缓退去。双方脱离接触，各自归营。
听见钟响，那些躺在地上的赵军伤员拼命起身，不顾身上的伤痛，舍命往回跑。实在跑不了的，只能认命，做了无头之鬼……
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