报后方突厥军队追来。
为了不被突厥军合围，段文振当机立断，即令其弟段文操率敢死队，挺矛策马，冲入阿里扎军阵中。自己则挥中军继进，往来冲杀，企图快速击破阿里扎军。
阿里扎也是突厥名将，虽然兵少，但知道阿史那里都正在赶来，便不与隋军浪战。只是紧守军阵，隋军但有转移，便咬住不放。隋军回身攻击，阿里扎又不与其决战。
双方相持大半夜，段文振始终没能甩开阿里扎。这时阿史那里都的大军也已经赶到，和阿里扎一起从后方两侧对段文振的大军发起猛烈攻击。
段文振所部大战了一天一夜，筋疲力竭，早就饥渴难耐，失了锐气。这时又遭打击，见突围无望，军心涣散，陷入崩溃。段文振这时候勉强维持大军编制，也不敢再妄想安然撤退。只能率领能战的骑兵加快速度，而落在后面的步兵则完全无能为力了。
硕大的残兵阵势阻挡了突厥军的追击，段文振也趁机率领着剩余的残兵慌不择路的狂奔。
阿里扎追击了隋军近一日，沿途斩杀隋军不计其数。眼看离温池已经不远，又收到从步迦可汗处退兵的消息。阿里扎知道主力在温池惨败，对面隋军的大部正等着自己，不敢再追，只得返回。
阿里扎的返回让他躲过了一劫，因为这个时候黄明远的搜寻队伍离段文振所部只有一二十里路了。
侥幸逃得性命的段文振遇到黄明远，这才算是平安。黄明远率部在沿途收拢隋军溃军，总共也只得三四千人。
段文振的大败令整个隋军大吃一惊，犹如一盆凉水一样泼到了众人火热的心头。全军三停折了两停，回到温池大营的段文振军不到一万三千人，还个个带伤，军械、物资几乎全部丢失，灵州军几乎被打残了，要想重建需要很长的时间。
对于整个战况，段文振倒也没有夸大其词。然而这种结果更令众人难以置信，没人会想到隋军与突厥人在兵力相差无几的情况下，还惨败至斯。
第一次有事情为这次大战蒙上了阴影，终于有人开始考虑突厥人的战力到底如何。
因为段文振是杨坚的爱将，更是杨坚重用之人。杨广没有直接将其问罪，而是将段文振撤职，然后令其在军中戴罪立功，算是给了段文振一个东山再起的机会。
这时候，因为突厥人的情况又出现了反复，元寿等人又劝杨广率军撤回灵州，等待突厥人消息，再做打算。
但隋军一胜一败，虽然打得步迦可汗很狼狈，但其实隋军也没占到便宜。杨广自问这样的结果是没办法回去和杨坚交代的。所以他坚持不撤军，决定要继续向前，搜寻突厥人的主力，一举击破对方。
杨广认为段文振的失败主要是在战斗中，隋军没有展开阵型，庞大的步军反而成了累赘。而自己军中骑兵充足，向北稳稳前进，根本不惧突厥人的突袭，也不会无法发挥步军的优势，因此杨广仍然对自己是信心十足。
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