明军伏兵不得号令不敢出战，听凭枪炮与箭矢袭击，倒毙在林沟中。隐蔽在第一道埋伏线的窦民望知道埋伏已被识破，不得已发炮出战，第二伏的明军也发炮，冲出救援。于是，双方在山上接战，短刀肉搏，血肉横飞，霎时间，双方战死者的尸体如堵墙般遍布。
战斗打响时，李定国正坐在山顶，一听号炮失序，十分惊异，还没等弄清情况，一炮弹落在他面前，爆炸激起的尘土，飞溅了一脸。由于卢桂生投降告密，打乱了李定国的部署，他也无法统一指挥，明伏兵被迫出阵，人自为战。但李定国仍据险督战。激战从卯时一直持续到中午，双方伤亡都很惨重，山上山下，到处都布满了尸体。
由于明军在山谷之中已潜伏多日，精锐之气已失，又是孤军没有力援，战至最后，明军完全崩溃。清军则越战越勇，明军死伤过半，四处逃散。
吴三桂令各路兵马分头追击，并暗中嘱咐嫡系将领，对于明军，能招降便招降，若不能招降，只能将其驱散，不可赶尽杀绝。
李定国见败局已定，率领残兵败将向南甸方向奔去。
此战，明军伏兵被枪炮与箭击死在沟中的有三分之一，激战死在战场上的也有三分之一，李定国最终只带了千余残兵退走。大将窦民望、王玺等战死。?
清军方面，损失也相当惨重。吴三桂部属，自都统下，固山额真沙里布、祖泽润等18名将官及辅国公干图、扎喀纳等战死，损失直系关宁精锐三千余，汉军四千余，绿营兵近五千。满州军方面，也折损满兵千余人。清军合计伤亡万人以上，为入西南以来第一败仗。因在关键时刻告密有功，永桂生被清朝赏给云南临元兵备道的官职。
磨盘山战败后，李定国脱出吴三桂的追击，来到腾越州，本想觐见皇帝，不想到了腾越州后，却发现城中空无一人。问了百姓方知，圣驾已往缅甸逃去！
这消息让晋王只感天旋地转，一口鲜血喷在了胸前尚染征血的甲衣上，后从马上坠下，此后便大病一场。
永历皇帝又一次自食其言，他没有等待晋王到来，而是在晋王正在磨盘山与清军血战之时往缅甸逃跑。
如安宁逃跑一般，永历在深夜从腾越州城潜逃，一路窜到铜铁关，随行的文武官员苦不堪言，不少护驾的将士也在混乱当中若鸟兽散。二十六日白天到曩本河，距缅关十里。黔国公沐天波先派人去通知守关缅兵。
知是明朝镇守云南的沐国公到来，守关缅兵纷纷下马以礼相待。不过当他们得知是大明皇帝要到缅甸避难，且随行官兵有近两千人马，缅甸官员遂要求护驾官兵必须必尽释甲仗才能入关。
得知缅甸方面竟要护驾官兵解除武器，尚随圣驾的明朝官员一致指责不同意，沐天波也不同意，可永历却同意了。一时卫士、中官尽解弓刀盔甲，器械山积关前，皆赤手随驾去。从此，永历政权便在缅甸过着寄人篱下的生活，以为这样清朝就可以放过他们，从而苟且偷安。
清朝是放过了永历，不过不是因为永历逃到了缅甸，而是因为千里之外的北方，十万身着火红军服的太平军将士在用鲜血和生命向着他们说不！
柳州，尸体堆积如山；
沅州，血流成河。
