到了巳末时分，哈量台、扎兰丁和失烈门的部队都因伤亡过大，暂时停止了攻击。乌利可汗见摩柯莫已经开始取得战果，便命令全部重装骑兵列阵在西卫城外，并调集另外两个方向上的器械部队也来搭建西边的浮桥。他还命令南、北、东三个方向继续佯攻，拖住守城的周军。
宋启愚站在大同西北的角楼上，观察着敌情变化。他斩钉截铁地命令道：“调炮营到西卫城，给我狠狠地教训柔然骑兵！告诉余天锡，力挽狂澜的时候到了。”
三十门铁炮被运上了城头。余天锡命令部队一遍又一遍检查着炮架的固定情况，弹丸和火药的配备数量，炮膛是否清理干净，炮口是否对准敌阵。最后，余天锡高声叫道：“弟兄们，宋大人刚才传令说，依靠我们炮营力挽狂澜的时候到了。全都以我的哨音为令，往敌军最为密集的地方开炮……”说完，他把铁哨送到嘴边，“嘟嘟嘟”地吹了三响。几百名士兵熟练地进行着装填操作。余天锡看着百丈以外密密麻麻的柔然骑兵，咬了咬牙，发出了点火哨令。硝烟弥漫，地动山摇。三十条火舌呼啸着砸进了柔然的“铁浮屠”阵中。人马倒地，骨断筋折，血肉横飞，哀嚎一片，在电光火石之间，几百名重装骑兵倒在了血泊里。脸上裹着布条，仍在指挥作战的董阳，情不自禁地欢呼道：“虎啊！特虎露！”旁边的亲兵看着他说话跑风的样子也不敢笑。还没等柔然人反应过来，西卫城上再次传来哨音。周军炮兵又进行了第二轮装填。余天锡铁着脸，再一次吹响了铁哨。这一轮发炮给柔然人造成了更加惨重的损失。几百匹受惊的战马，到处乱踢乱撞，被踩死碰伤的柔然士兵不计其数。接着，炮兵们在余天锡的指挥下又进行了多轮炮击。柔然人看着战力最为强悍的“铁浮屠”成片成片地倒下，他们的军心有些动摇了。
这时，宋启愚也登上了西卫城。正在拼死作战的士兵们看到“帅”字大旗飘扬在箭楼之上，全都欢呼雀跃，士气高涨到了极点。在又放了几炮之后，有两门铁炮发生了炸膛，并造成数名炮兵受伤。余天锡立即命令停止装填，静待炮身冷却。宋启愚见状也赶紧吩咐增调床子弩上城，又用预备队轮换守城部队，并组织士兵们抓紧时间吃饭休息。
摩柯莫利用这个空当，重新组织了部队，并向乌利可汗做了汇报。乌利为了鼓舞部下，也亲临西卫城外，并将自己的卫队派上了战场。
未正时分，周军的铁炮再次吼叫起来。随着一颗颗弹丸砸向柔然大军，无论是“铁浮屠”、攻城队、器械队，亦或是可汗的卫队，都不能再用身体或精神对抗炮火。不大的工夫，他们便产生了混乱。宋启愚转头命令道：“看样子，敌人很快就会崩溃。康恩，刘戈，你们到毛小军中，见我帅旗起伏，便从城内杀出，打他们一个措手不及。”
周军的炮弹越打越远。到了后来，甚至有一颗弹丸滚到了乌利可汗的亲兵卫队跟前。一匹御马受了惊吓，开始狂跳乱撞。卫士们担心可汗受伤，不由分说，拥着乌利就向后退。顶在前面的柔然骑兵见可汗退却，一下子慌了神，很多士兵开始向后逃跑。乌利可汗和摩柯莫一连斩杀了十几个败兵也无法阻止部队败退。就在这时，西卫城上的帅旗起伏了三次。周军打开城门，放下吊桥，毛小率领着两千骑兵呐喊着就冲了出来。已经失去斗志的柔然人再也抵敌不住，争先恐后地向西北方向溃散，就连乌利本人也被败兵裹挟着向北逃走。这下，被扔在战场上的柔然伤兵和器械部队可倒了霉，被周军砍瓜切菜一般杀了个干干净净。
见毛小等人已经追出了一里多地，宋启愚急令鸣金收兵。毛小也清楚柔然战力仍在，随命令部队，一部分布阵于外，掩护撤军，一部分打扫战场，收缴物资。由于担心柔然人再次利用器械攻城，毛小还下令用火焚烧了所有无法运回的器械和铠甲。