在高闕、陽山一帶，兩軍主力相遇，展開激戰(zhàn)。匈奴的頭曼單于剛剛集結(jié)好兵力準備南下，沒想到秦軍會再次主動出擊，于是便倉促擺開陣勢，準備應(yīng)戰(zhàn)。

與之相反，準備充分、訓(xùn)練有素的秦軍有自己的一套成熟戰(zhàn)法。當(dāng)時，秦軍的攻擊還是以步騎和戰(zhàn)車相結(jié)合的戰(zhàn)法為主，想必是借鑒了當(dāng)年趙將李牧戰(zhàn)勝匈奴的經(jīng)驗。但當(dāng)年趙軍用的主要兵器是弓箭，而此時的秦軍卻大量裝備了威力更大的弩。弩代表著當(dāng)時軍事技術(shù)的最高峰。匈奴人普遍裝備的是弓，無論射程還是威力都無法與弩相比。而且秦軍戰(zhàn)車數(shù)量較多，上載各式弩箭，一旦齊射，就是萬箭齊發(fā)的場面，能對敵軍造成極大的心理震懾。張藝謀在電影《英雄》中就將秦軍萬箭齊發(fā)的場面表現(xiàn)得淋漓盡致。

果然，兩軍接近時，秦軍戰(zhàn)車在前，阻擋匈奴騎兵的沖鋒，后邊的弩兵和騎射手張弓齊射，箭如雨下。匈奴被這種強大的攻勢所震懾，還未沖到秦軍陣前就有大量人馬傷亡，士氣聚降，陣形大亂，幾乎潰不成軍。秦軍的步騎大軍趁機掩殺過去，匈奴主力被徹底擊潰，死傷慘重。

秦軍連戰(zhàn)連捷，匈奴遭到致命打擊，不敢再留在陰山一帶。不久，頭曼單于率領(lǐng)殘余勢力退出陰山和賀蘭山地區(qū)，向大漠深處北撤七百余里，直到漠南一帶。

至此，秦帝國北擊匈奴的戰(zhàn)役取得完勝。此后，蒙恬率領(lǐng)三十萬秦軍一直駐守北邊，威懾匈奴，并修筑起了長城。始皇在新征服的地區(qū)設(shè)置了九原郡，公元前211年，三萬戶民眾被遷徙到那里從事邊疆開發(fā)，此后，這塊地區(qū)就成為秦軍抗擊匈奴的后勤保障基地。

秦帝國擊敗匈奴后的第二年，開始征發(fā)罪人和百姓，前往北邊修筑長城?！妒酚洝酚涊d：“秦已并天下，乃使蒙恬將三十萬眾，北逐戎狄，收河南，筑長城，因地形，用險治塞，起臨洮，至遼東，延袤萬余里。”從這一記載可以看出，主持修筑長城的正是大將蒙恬。