不久，秦阵先后被楚军给突破口子，双方近四十万大军搅在一起乱战厮杀起来。
此时，两军将士战斗意志非常狂热，一边是长期遭受秦人压迫的关东楚国农民、亡国前的士兵，一边是既得利益者秦国的军队和退伍军人；
一边是起义一百余日，参加大小战争二十余场的楚国农民、亡国前的士兵，一边是秦正规军和曾在秦各军队中服役数年的退伍兵。
一边战败，自己亲人、族人就得重新被秦人压迫奴役；一边战败，秦便彻底丧失关东土地，回到十五年前自己老家秦国去。
两军交战勇者胜，陈胜楚军具有优势大些，一则士兵此战是为生存、家园而战；
二则楚军人数比秦军多六万多人；三则楚军一流战将有关云飞、刘祖铭、周文手下七员将领中的张青、张保，而秦军李由手下一流战将未有一人。
两军厮杀混战一个多时辰，乱军厮杀中关云飞斩杀了李由大将曹勇和两名偏将；刘祖铭斩杀了李由大将蒋豹和一名偏将；张保斩杀了李由大将张湟；
近五万秦军在大混战中已惨死在楚军刀枪之下，秦军伤者已达四万多人。
如此损失，秦军终于扛挡不住，战死拼杀意志力渐渐丧失，混战中的后队秦军开始出现逃亡，与楚军拼死厮杀的秦军已出现一些秦军溃逃起来。
李由在两军阵中骑马厮杀，见有秦军溃逃，着急一边拼杀、一边大喊：“不准后退，为令者斩、不准后退，为令者斩......”！
但兵败如山倒，为了保命溃逃的秦兵谁会听李由的，任凭李由及几名秦将不断砍杀逃溃的秦士兵，都阻止不了溃逃的秦兵。
此时，李由手下大将樊不允带着一队秦骑兵来至李由处，樊不允对李由大喊：“大将军，曹勇、蒋豹、张湟将军都已战死，赶快撤回潼关防守，如大家全死在这里，函谷关难保，大秦就完了”！
李由得知曹勇、蒋豹、张湟战死惶恐万分，深知:
“一旦手中兵力全折在这里，函谷关的二万守军难抵挡陈胜贼兵，一旦函谷关被攻破，只有三万余军队守卫的关中平原，谁能挡得住这十几万楚军，那时秦朝大罪人将是自己，自己父亲李斯怎能保住自己，赵高和胡亥非活剐了自己不可”！
李由赶紧下令让手下吹撤退牛角号，与樊不允带着三万骑兵杀出两军混战战场，疯狂往函谷关方向逃去，此时与楚军队混战的六万多秦军见自己主将带兵逃去，瞬间崩溃蜂拥往四处逃散去。
陈胜见秦军崩溃，兴奋在战马上挥刀对楚军大喊：“兄弟们，给我杀，给我狠狠的杀，不要让这群狗娘娘养的秦兵跑了”！
十多万张楚士兵像打鸡血般，疯狂向溃逃的秦军进行追杀，一直追杀至一百五十里外函谷关谷口处方停止，此战楚军阵亡三万余将士代价下斩杀十二多万秦兵。
李由带着二万多骑兵逃回函谷关，便紧闭关门不准一兵一卒出城作战，任由楚军将三川郡西部十四城给一一攻占不敢救援。
十余日后，三川战役四处溃逃至大山的三万余秦兵，通过大山小路撤回函谷关来，李由总算松了一口气。