明军在宁夏各门前大摆车营炮阵，两翼各列鸟铳、五雷神机，骑兵居后，步卒持枪列盾掩护在前，叛军一出便遭连番火器轰击。两军火器对射，时而短兵相接，哱承宠领哱塞、哱洪率兵在西门强突，险些突破明军阵地，吴显、赵武二将也身负多处刀伤，李昫率众反冲，对哱承宠形成短暂相持。幸得麻贵领军来援，哱塞、哱洪见麻贵军至，径直奔向麻贵欲斩将夺旗，但乱军之中哱塞、哱洪难以靠近，麻贵领军数次冲杀之下，哱塞、哱洪皆被掀翻在地被哱承宠救回，退回城中。
而在宁夏北门，四川总兵刘承嗣、马孔英、杜桐之兵渐渐难以抵御哱拜的进攻，李如松领精骑赶至便立即冲入叛军混战。李如松与哱拜对马相撞双双落地，持刀相斗，往来二十余回不分胜负，但哱拜毕竟已年过六十，体力不支被李如松一刀砍伤打翻在地，哱承恩见情势紧急张弓便射，李如松正欲结果哱拜，右肩中箭退走。哱承恩大呼擒杀李如松，叛军奔至，李如松急唤左右退回阵中，哱拜获救，明军重组火器阵，叛军难以突围，遂退回城中。
其余两门的叛军也在明军的防堵下无法突破，叛军士气低下，战心已失，纷纷逃回，李如樟、麻镇领军来回奔波于东南二门，左突右杀配合萧如熏、姜显谟防堵叛军，叛军将领刘东旸、刘川白、张文学、王文德、许朝、何应时、陈雷、白鸾、冯继武皆有负伤，被迫退回城中。叛军突围不成只得困守宁夏，军心日渐低迷。
八月下旬京城锦衣卫抵达，宣读旨意，责魏学曾此前督战无功，战不得法，延误军机，败军辱国，隐瞒军情等数条罪状，命即日便逮捕回京，并赐叶梦熊尚方宝剑，节制总督陕西三边军务期间若有违令者三品以上官员可指名弹劾，三品以下官员可立即军法从事。叶梦熊领旨谢恩。
魏学曾被锦衣卫逮捕准备押送回京，临行前叶梦熊、梅国桢特来相送。叶梦熊说道：“兄于此战居功至伟，引水淹城，辅以离间，排兵布阵，谋划兵事兄之所谋所思确为攻破宁夏之计。只是此前一时不慎误中敌寇奸计而败遭朝廷论罪，胜败乃兵家常事，以后兄在宁夏之功朝廷自会知晓，弟知内阁及各部朝臣定会上疏申救，三军将士皆感兄平日恩德，他日叙功赞者交口不绝则公心可知，皇上定能回心转意，再度启用造福于黎民百姓，万望保重。”
梅国桢对魏学曾待罪回京一事颇感自责：“魏督虽应变不灵，在下上疏责备诸将也是务求振奋士气，今遭押解确是因我上疏所致，这相处共事以来，对魏督渐有改观，每每想起深感懊悔，在下必当再次上疏皇上为魏督伸冤，若不获昭雪，梅国桢必受万世讥讽。”
魏学曾拱手相谢道：“梅御史言重了，你恪守本职，公正无私，军纪严明，老夫钦佩之至，此前大意轻敌，连遭败阵，获罪回京也在意料之中。此次大破套虏，塞外得安，防堵宁夏，叛军不得突围，此后水淹宁夏，假以时日叛军必自溃请降，可怜被掳入宁夏三十万百姓，破城之后难免死伤无数，还请二位多予考虑。”叶梦熊、梅国桢便于魏学曾告别，魏学曾既走，三军将士泪如雨下，号泣相送。
后张岱曾评论道凡古之良将用兵。或缓或急，各有机宜。及其成功，则有幸有不幸耳。宁夏之役，赏叶梦熊之急则是，罪魏学曾之缓则非。何者？盖胜败兵家之常，我明lùn_gōng，稍一不胜，辄酷罚随之，则是街亭之耻，诸葛武侯亦不能保其首领，而况其他乎！成功难而获罪易，介胄之士所以枕戈而叹也。我明之武功不振，卒至灭亡，岂不职是故哉？
此后明军决堤淹城，叛军困守城中不得出，人人自危，九月三日浙江参将杨文率浙兵抵达宁夏参战，叶梦熊此前督造的冲锋舟已悉数建造完成，随即叶梦熊便自灵州下令全军批次乘舟攻城，火器营掩护射击，数日连攻小有成效，叛军多有死伤，九月八日宁夏南北墙在侵泡之下开始严重破裂，九月九日明军再大起攻城，夺占南门，叛军退入内城据守。而明军亦筹备再施离间之计。
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