周士信比他冲得还快，他已经带人在对方营地里转了一圈，过了把瘾，然而才匆匆地赶回来向徐自为报告情况，他老远就向徐自为大喊：“哈哈……痛快啊，老将军，对方一点防备都没有，根本没有组织抵抗，现在各师正按计划向前推进，我军的前锋已经冲到了他们的后营了。”
冲到敌方的后营，意味着对方根本没有时间，也没有地方再进行集结，可以说，这场仗已经胜了。不过徐自为却乃不满足，他对传令兵说道：“命令四十一师，跟紧四十五师，一定要把对方截成几段。”按照徐自为战前布置的作战计划，他把汉军六个师一下子都压了上去，其中四十一和四十五两个师负责中路突破，而另四个师则负责从两翼推进，这一仗没有预备队，所以不能给对方任何喘息的机会。
事实上，河西联军也根本没有喘息的机会，年初，徐自为曾偷袭过他们一次大营，着实让他们紧张过一阵，可他们没想过徐自为会在这种环境下故伎重演。河西联军的所有官兵都在自己的帐篷里躲避严寒，当有人发现汉军来袭时，大家第一件事不是想着找马找兵器，而是找衣服，因为这种天气不穿好衣服，用不了多长时间就会被冻死。所以当汉军已经攻入整个营寨的时候，几乎没遇到任何抵抗，而当河西联军官兵穿好衣服，提着兵器出来的时候，已经不可能阻击汉军的进攻了，他们唯一能做的就是逃跑，向没有汉军出现的地方逃去。
当天色微明的时候，雪还在下着，整个大营的喊杀声已经停止，所有没来得及逃走的河西联军都停止了抵抗，汉军也停止了屠杀。徐自为没有时间统计自己的战果，他命令部队立即集结，押着俘虏返回自己的大营，把能带走的东西都带走，就连那些俘虏们也帮着搬运东西，因为他们知道，如果没有多余的物资，首先遭殃的就是他们。
中午时分，徐自为率军渡过伊犁河返回自己的大营，傍晚的时候，派出去截杀逃敌的四万乌孙骑兵也回来了，由于他们行动缓慢，只抓到了数千逃散的敌军。直到这个时候，徐自为才开始清点自己的战利品，五万俘虏，十万多匹战马，数十万牲畜，无数的辎重兵器，虽然不知道这一夜有多少人死在汉军的马刀下，但大家都知道，即使是逃走的敌军也会因没有食物，没有御寒的衣物而丧生在冰天雪地里。
事实也是如此，由于双方在此已经对峙了一年有余，周围的部落都已迁走，逃走的数万敌军根本得不到任何补给，他们只能杀死仅有了一些战马充饥，再从倒毙在路边的同伴身上扒下衣服穿在自己身上，在他们当中，许多人为了一块马肉，或是一只靴子不惜杀死自己的同伴。最后，他们当中只有不足万人逃回了大月氏的都城蓝氏城，其余十万人都死在了汉军的马刀下，或是死在了严寒之中。
伊犁河一战使得徐自为的声望在西域一带如日中天，即使是汉军与匈奴交战的数十年间也没有如此大的胜利，十七万敌军一夜间灰飞烟灭，汉军从此再也没有在西域有过大的战争。
此战过后，大月氏等国彻底丧失了与汉军对阵的信心，许多小国纷纷遣使长安，希望得到汉朝的保护，他们从此成为汉朝的附属国。