双方激战到黄昏，蒙古骑兵无法取得优势，只好暂时退却。二十日，王勋带并出城主动攻击蒙古骑兵，双方在应州城附近的涧子村遭遇，展开大战。蒙古人人数略占优势，明军立即派萧滓，时春，周政等人前往援助，但是蒙古人派人对援兵进行阻截，使得两边的明军不能会合，情况十分危急。后方指挥的朱厚照一听之后，龙颜大怒，亲率明军从阳和赶到战场支援。当地明军一见援兵赶到，亲自带兵来到阵前的居然是皇帝陛下，士气大盛，无不拼死作战，将蒙古人逼退。二十一日，蒙古人主动进攻明军，朱厚照亲自率军冲向战场，六万明军士气高昂，奋勇杀敌，朱厚照在阵前亲斩一名敌人。双方战斗激烈，规模空前，都是一次又一次的试图冲击对方阵地，来回拉锯，这场战斗从早上一直打到夜里，蒙古人不得不撤退，第二天，基本全部西去。朱厚照试图集结大军准备对蒙古人再进行追击，但是不幸遇到天气问题，黑沙风暴对作战不利，只好也就此作罢。
应州大捷宣告结束，交战双方死伤无数，而大明朝廷却因皇帝私自出巡，不符合礼数，太过冒险，于社稷江山当作儿戏为由，有意将此事掩盖，便将死伤人数减少至十几人。
皇帝朱厚照出了心中恶气，在事后也没有过多追究此事，其实这是他