眼見宋營亂起，完顏宗輔儘起大軍，以己為中軍，以完顏婁室為左翼，兀術為右翼，三軍並進，猛攻宋營。
宋軍五路大軍於混亂之中倉促迎敵，此時劉錫軍令未至，五路大軍各自為戰。先是劉錡率涇原兵馬迎戰兀術右翼軍，劉錡身先士卒率大軍與兀術激戰數個時辰方才擊破右翼軍，將兀術圍困。兀術麾下勇將韓常被流矢射中左目，其不以為意，反怒拔箭矢，帶出左睛，張口啖之，如三國夏候惇一般。
眼看兀術要敗之時，蒲察世傑率眾前來接應，保護兀術突圍而出。此時兀術見韓常已損一目，不禁歎道：“韓將軍真乃我軍之夏侯惇也。”
而此時完顏婁室身患重病，仍率領左翼軍與數倍於己的宋軍戰於兩溝之間，數個時辰中，其所率左翼軍六次破圍而出。又見兀術所率右翼軍陷於困境，於是率大軍全力援助兀術，而後二人合兵一處，集中優勢兵力，猛攻趙哲環慶路大軍。其部將蒲察胡盞、夾穀吾裡補舍死忘生，於亂軍之中殺傷宋兵無數，於是金軍士氣複振。
趙哲眼見不敵完顏婁室，又見他路人馬各自為戰，遲遲不能援應，於是心生退意，但舍棄手下人馬，往西逃竄。趙哲一去，其軍中將校望見主帥先逃，更無心血戰，各自爭先逃命，於是諸軍皆潰。
及至黃昏時分，完顏宗輔收攏大軍，命金軍全力合攻宋軍，此時宋軍兵敗如山倒，再無戰意，無數人馬奔逃於野，營中糧草輜重儘被舍棄。及至退回邠州後張浚清點人馬，一戰損兵八萬，關陝數年積蓄為之一空。
就在邠州城中宋軍將士一敗塗地，士氣低落之時，完顏宗輔則是大獲全勝，於宋營中所獲軍資不可計數。收兵回營後，完顏婁室麵如土色，咳喘之時有鮮血噴出。完顏宗輔見之心疼，說道：“力疾鏖戰，以徇王事，遂破巨敵，雖古名將何以加也。”並將自己所用的金銀器及甲胄，並馬七匹賜之。但完顏婁室始終還是壽命將儘，於富平之戰後三月，病死於涇州。
而此時的邠州城中一片愁雲慘淡，張浚正麵色鐵青立於堂上，劉錫等將帥則是灰頭土臉立於堂下，低頭不語。
沉默許久後，張浚怒道：“十八萬大軍對陣金人八萬，一戰便損近半，誤國大事，誰當任其咎者？”下方諸將皆言環慶兵先走。
張浚聽得更加火起，便叫道：“環慶路經略使趙哲馭下不嚴，以致兵敗，先將其斬首報來！”話音剛落，便有左右刀斧手齊擁而出，將趙哲按在地上。
趙哲不服，叫道：“建炎複辟時吾有從龍之功，豈敢私斬？”
此時張浚早就火冒三丈，見趙哲不服，便命人以鐵楇痛擊其口，頓時血流滿麵，不能作聲。而後又命人將趙哲推出門外，斬首示眾，關陝軍士見其慘狀，為之喪氣。
張浚既斬趙哲，又貶劉錫合州安置，命諸將各領兵歸本路。以陝西轉運判官孫恂為環慶經略使。此時軍中流言道：“汝等戰勇而帥獨被誅，天下寧有是事？”被參議軍事劉子羽聞之，告於孫恂，於是孫恂以敗軍之罪，斬趙哲部將統領官張忠、喬澤。此事一出，關陝將領人人自危，隨後便有環慶路慕容洮、慕容洧兄弟叛投西夏，涇原路將領張中彥、李彥琪叛降金軍之事。
張浚於富平慘敗，使得朝野震驚，就連宋高宗都來不及去管劉豫僭立偽齊之事。此戰過後，完顏宗輔利用繳獲的大批糧草軍資，於南宋降將引導下，乘勝向關陝之地大舉進攻。及至次年三月，關陝之地幾乎儘喪於敵手，宋軍僅守住入蜀要隘，與金軍對峙。
而就滿朝震驚於富平慘敗之時，一個不速之客來到行在，麵見了高宗皇帝皇帝。