吴青对敌人数量的判断既错又没有错。率军前来的元军将领正是兀良合台，此次他带来的骑兵有三万人，比此刻战场上陆战军第二师和第三师多五千人，从人员数量来说吴青错了。这三万骑兵皆一人两马或三马，除了骑乘马外还有备用马，从战马的数量来说，吴青也并没有错。忽必烈原本计划待援军到来时，再一举击灭自海登陆的霹雳军。但安童、阿术、塔出、博罗欢等人迟迟未到，而霹雳军已拿下通州，即将兵临城下，他只得同意兀良合台所请，同意突袭霹雳军。
兀良合台其实不愿意与霹雳军正面作战，无奈其放弃大都的建议被否决，有如龟缩防守不如趁霹雳军行军时对起发起突袭，这也是其最虚弱的时候。他也不愿意等援兵到来后再与霹雳军进行决战，一则那时霹雳军将在大都城下结好营寨，更难对付，而大都城粮草有限，根本无法维持二十万军力长期作战。二则元军内部多有派系，蒙古贵族、汉军世侯、色目官僚各怀心思。即便蒙古贵族内部也是纷争不断，如安童与四王子那木罕交好，却对真金不待见。真金善待自己，却厌恶塔出和博罗欢。矛盾内讧之下，人多反而难而协调作战，甚至会因贪利争功而贻误战机。
吴青下达结阵命令时，兀良合台也下令了冲阵命令。话说骑兵在五里之外就进行冲锋，极为少见，更不要说元军骑兵奔袭而来，还没有来得及喘息。马匹冲刺如此长的距离之外，再进行激烈的战斗，即便没有被累死或打死，战后也算废了。兀良合台当然知道这种不爱惜马力的后果，但为了获胜不得不而为之。他知道一旦霹雳军战阵结成，特别是火炮布置完成，元军便再无取胜的机会。即便马匹全部累死，只要将霹雳阵形冲乱、冲垮，也是值得。
数万匹战马以雷霆万均之势往霹雳军战阵冲来。冲锋的元军分为前后两个大阵，前面阵列的宽大稀疏，战马多而骑兵少。后面的阵列密集紧凑，前半段为无甲的轻骑兵，后半段为着皮甲的精锐骑兵。兀良合台并不是莽汉，他让少量骑兵驱赶着备用马冲锋在前，是充作炮灰消耗霹雳军的弹药。如果几万匹备用马还不够的话，那么后面的无甲轻骑兵也将是炮灰。为了取得胜利，这些付出都是值得的。兀良合台知道，霹雳军的火器虽然厉害，但枪炮管发射一段时间后便会发红发烫，不堪继续使用。水冷式机枪的虽然不存在这个问题，但射击三百发就需要换弹链，枪管也会因磨损而更换。
眼见元军不按常理出牌，吴青也急了。他急令步兵将火炮和辎重围在中央，又下将轻机枪和水冷式机枪靠前部署。蒙古马以耐力而不是速度见长，其长距离的奔跑后又没有休息，以致其速度并不快，五里地距离也需要数分钟时间，这给霹雳军有了一定反应时间。作为步兵班武器，轻机枪部署十分简单，在元军骑兵冲到两里地前便做好射击准备。当元军冲到三百米距离时，数百挺轻机枪同时开火了，短时间内泼撒出数以万计的弹雨，让元军至少两千匹的战马倒在地上。
轻机枪的缺点也很明显——持续火力弱。不仅要更换弹匣，还要更换打得发红的枪管，所幸的敌人冲进三百米后，步兵手中的李广型火枪也开火了。步枪虽然射速慢但数量多，面对元骑来向的便有数千支，同时开火威力也十分惊人，在三百米左右形成了一条死马带。战马是极具灵性的动物，也会因本能而逃离危险，元军为了防止它们乱窜，用黑布将其双眼蒙上，又在后面猛抽鞭子，使得它们前仆后继前来赴死。
相对来说，水冷式重机枪要发射便要麻烦些了，需要先将其从马车上卸下来，再推到阵地上——陆战军装备的型号都装了轮子，将其架设好只需要五分钟左右。当第一挺重机枪吐出火舌之时，最前面的元骑已逼近霹雳军阵前二百米左右，后面马匹则如潮水般涌来。重机枪的穿透力、制动力和杀伤力是轻机枪根本无法比拟的，一梭子出来，便是一片人仰马翻。随着越来越多的重机枪吐出火舌尖，倒地的战马越来越多。当第二、三师的一百余挺重机枪同时开火后，元军的战马便止步于霹雳军阵前一里处了。
火炮特别是重炮的部署则要麻烦许多，需要用马车拖到发射阵地，还要挖坑填土固定炮位，开炮前还要进行射击诸元的计算。直到重机枪全部开火，仍没有一门火炮部署完毕，不过在吴青看来，随着重机枪的开火，最危险的时刻已经过去，他悬着心也放了下来。此刻的战场上，已横七竖八倒下了数千匹战马，在五百米、三百米和二百米处尤其厚实，甚至形成了一道由马尸构成的矮墙。鲜血浸泡的土地，在反复践踏之下，变成了暗红腥臭的粘糊糊的泥浆。
元军的战马开始往回逃了。它们虽然被蒙着双眼，却惊于密集枪声，又听到同伴的哀鸣惨叫。当驱赶它们前行的骑兵被打死后，对死亡恐惧让它们转身逃跑——本能告诉它们，充满浓郁血腥味和死亡气息的前方，要尽快逃离。掉转而逃的战马群，冲散了后续元军骑兵的阵形，使其冲锋阵形为之一滞。紧随其后的元军轻骑兵有的乘隙继续冲锋，有的则偏转马头往两侧而去。他们也与战马一样，出于本能也想尽快逃离这个修罗场。
浑厚的牛角号响起，正在冲锋的元军骑兵突然分向两侧。这非兀良合台见前方惨状而心生退意，而是眼光老道的他看到霹雳军火力十分凶猛，显然是将火器尽数投在了正面，这意味着侧翼必然空虚。他下达的命令是放弃正面，而突袭两翼。兀良合台的命令无疑是正确的，因为吴青的确将大部的轻重机枪部署在了正面。兀良合台的命令又是错误是，因为他没有想到的是，此刻霹雳军的火炮已部署完毕。第二师和第三师的20斤重炮都留在了通州，此行只带了二百余门5斤炮和10斤炮。既便如此，也够元军喝一壶了。
仅仅三轮炮火之后，从两翼冲锋的元军已损失了二千余骑。兀良合台在太原府时已见识过霹雳军火器的威力，眼下相同的场景让他心如刀绞，泪水潸然滑下，打湿了他花白的胡须。他哀叹的不仅仅是骁勇的蒙古骑兵如同牛羊一般被宰杀，更是哀叹蒙古人时代的终结。他明白，再次发动进攻已经毫无意义。噙着泪水，他下达了撤兵命令。此前为了歼灭眼前的霹雳军步兵，他派了一万骑兵佯攻通州，以引开霹雳军的骑兵。如果再不及时退走，待霹雳军骑兵从通州返回，怕是想走也来不及了。