无法尽歼蜀军。
此时忽然流星快马来报：太史慈趁曹军倾巢而出，率五千人由小道而去，袭了曹军大营。曹仁闻言大惊，正要传令撤围回救大营，太史慈却已领军杀至。双方气势消长，蜀军力战之下，曹仁见战不利，只得仰天一叹，收兵而退。蜀军苦战而胜，收拾残军，死伤过万。张任自责不已，太史慈却笑道：『所谓慈不掌兵，胜败之际，岂有不带伤亡乎？』张任本是严肃的人，听了也释然流涕。
曹仁失却大营，加上两个军团十六万大军如今只剩五万人不到，没了战心，连夜后退至沮城休息。比及天明，与诸将商议道：『此次屡战屡败，多留无益，仁欲退保武街，再向丞相请罪。』
颜良劝道-：『不如在此坚守不出，牵制蜀军，待丞相大军顺利攻下阴平、江油，再请调祁山大军来援。否则我军一退，蜀军分兵兼程赶赴阴平、江油死守，便坏丞相大计。』
曹仁叹道：「吾比之丞相差矣。蜀军即或往援，亦阻不了丞相大军。仁只怕留下来，连剩下的五万兵马都保不住。』于是下令全军虚设旗致，假装死守，其实大军缓缓撤退。
翌日蜀军在沮城下搦战，在弓弩射程外大骂曹操，曹军只不作声。到了未时，张任对太史慈道：「曹军损兵折将，士气低落。恐是故意牵制我军，好让曹贼成功夺取阴平和江油。今我军既在此获胜，不如分兵救援。』
太史慈道：『吾也一直担心子均和严老将军能否守得住曹军精锐强攻。此地便交洪烈，吾自领军往援。』
张任道：『将军放心。』于是蜀军退后阳平关，清点战果，原来守军八万，前后大战共死伤达三万。于是留守军二万五千交由张任、孟达、吴兰（养伤）坚守阳平关，太史慈则尽起三万余众，与卓膺连夜赶赴摩天岭救援。