城内斥候出西门后一直探查出五十里，没有发现兖军，遂快速回报。张静道：“虽是未发现伏兵，但若我军出城西撤，全军必乱，到时兖军自后掩杀，我辈死无葬身之地矣。”彭据亦然之，遂决定继续坚守。
太史歆在城外一连等了两日，不但没见周军西逃，守军反而皆在往城头搬运擂木炮石等物。太史歆遂下令全军猛攻。如果说上次攻城兖军多少还带有一些佯攻的成分，而这次可就是全力以赴了。
城墙上的周军在遭受远比上次猛烈许多的攻势之后，开始出现崩溃迹象。而此时东门的兖军率先攻上城头。此时周军中盛传西门无敌军，先是东门的守军向城内溃逃，接着演变成全军崩溃。周军从城墙上退下来之后，全部向西门涌去。
而太史歆见周军崩溃，下令南北两翼的兖军自城外向西门掩杀，而已经攻上城头的兖军则从城内大开城门，城外兖军一拥而入，在城内扫荡残敌后，也向西门追去。而彭据见大军失控，也只得随军向西狂逃。
逃出西门的周军不久后就遭到了南北两翼兖军的掩杀。敦煌以西是一片茫茫沙漠，西逃的周军毫无藏身之地，在兖军的追杀下，多数投降，而彭据也死在乱军中。
夺取敦煌后，太史歆令副将张腾率五千军进逼酒泉和张掖，裨将吴兰率五千军进取伊吾。自率主力两万人镇守敦煌。
吴兰率军抵达伊吾后，伊吾的两千守军已经在突厥和西域高昌部的联合打击下仅剩数百人。他们见汉人武装到来，不但没有抵抗，反而像遇到救星一样欢天喜地的将吴兰接应入城。吴兰不费一兵一卒占领了伊吾。突厥和高昌闻兖军到来，自此不敢来伊吾侵扰。
而与吴兰相比，张腾一军却在酒泉遇到了顽强抵抗。酒泉守将乃是陈敏，闻张腾率军前来，一面下令守城，一面向张掖守将王凤求救。张腾抵达后，将敦煌失守和兖军大举伐周的消息射入城中，但陈敏置若罔闻，张腾遂下令攻城。酒泉城虽城墙低矮，但毕竟兖军仅有五千人，多次猛攻无果。
而此时斥候却来报，说张掖守将王凤率援军两千人正向酒泉而来。张腾与部将商议道：“可率大军先往突袭王凤。”部将曰：“若城中守军前来蹑我之后，如何？”张腾道：“若陈敏率军出城，则正合吾意。我可令后军千余人抵住，而先已主力聚歼王凤后，在回头合围陈敏。若陈敏盘踞城中不出，我全歼王凤后，围而不攻，最多十余日城中粮尽，必来归降。”左右附议。
张腾当即率军向东翼杀去。且说张掖王凤闻兖军在西翼攻城，准备自东门入城，协助陈敏守城。不想刚走到半途，斥候便来报，说张腾已率兖军向我部扑来。王凤大惊之余，深知双方力量悬殊，遂下令全军退回张掖。但刚走出没十里之地，突然前方杀出一彪军，截住了大路，王凤大惊。
原来张腾为了全歼王凤，早已派出千余人绕道迂回至王凤军后。王凤见兖军截住退路，下令全军向兖军猛攻，企图打开通道，逃回张掖。但以兖军的战力，周军如何突得过去。而此时张腾也率主力在后赶到，王凤军陷入绝境。
而酒泉的陈敏闻张腾率兖军东去，料其必是准备前往袭击王凤一军。思索再三后，还是决定率全军出城接应。因为若坐视不救的话，王凤军必会覆灭，而彼时酒泉将成孤城，粮尽后也免不了被歼的命运。
张腾得到陈敏出城来攻的消息时，与王凤部的战斗刚刚开始不久，为了尽快歼灭王凤，张腾命副将仅率千余人在西翼阻击陈敏。陈敏抵达战场后，见西翼兖军已摆开阵势，而张腾主力正围歼王凤部。遂孤注一掷，下令全军向西翼兖军猛攻。
兖军在西翼采用反冲锋等手段，硬是顶住了两倍于己的周军的三次猛攻。而与此同时，张腾的主力经激战，将王凤部全歼，接着回头合围陈敏。陈敏见张腾主力回军，料王凤部已是凶多吉少，便下令全军向酒泉城狂逃。
张腾率兖军在后一路追杀，陈敏被追的太紧无法进城，只得绕城而走。但兖军死追不放，最终在大部被歼后，陈敏率残部投降。张腾略定酒泉和张掖后，仅留数百士卒守城，然后率主力返回敦煌。
太史歆见张腾得胜而回，大喜。遂与众将商议进取西域。董光道：“鄯善和焉耆虽被吐谷浑侵吞严重，但北周已是很久没与吐谷浑没有发生过冲突了，我大军可兼程西进，迅速占领鄯善，然后再派军前往焉耆。鄯善和焉耆一直臣属北周，闻我大军到来，必不会抵抗。而我造成既定事实之后，吐谷浑慑于大兖国威，必不会纠缠。”太史歆从之。
次日，大军西进。自敦煌以西全是一望无际的大沙漠，太史歆借助当地向导和归附部落的帮助，于二十日后抵达鄯善西界。太史歆下令暂时扎营，派使者前往鄯善联络。数日后，使者返回，与其一同前来的还有鄯善的使者。
派去的使者禀报道：“目前吐谷浑的势力已遍布鄯善，在鄯善的驻军已达五千余。鄯善国王虽心向内地，但慑于吐谷浑人的淫威，不敢违拗。西戎校尉府此时仅有数十兵卒，且在吐谷浑人逼迫下被鄯善国王软禁。这位使者是鄯善国王冒着风险派来与将军联络的。”只见那位鄯善使者叽里咕噜连说带比划，翻译后太史歆才明白，他说的大意是鄯善国王心中一直向往中原，但现在被吐谷浑人控制身不由己，若将军能将吐谷浑的势力驱逐出境，鄯善愿归附大兖。太史歆命人带使者暂时下去休息。但鄯善使者却说不敢逗留，以免被吐谷浑人发觉，那样鄯善国王将危在旦夕，请求太史歆给个回话。
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