刘邦在快到泗水城时看到后方烟尘大起，就以为是秦军的大队赶来了，却不知那是因为秦的骑兵快速飞驰而来所带起的烟尘。刘邦看到这架势知道自己再带着大军往后退却恐怕就会被秦军从后杀至而损失惨重了，于是便命军队停了下来，同时将军中最精锐的人马放在了最后面，准备与秦军大战一场。
因为他认为是全部秦军都从后追了来，所以就要摆开很大的阵势以战秦军，这需要的时间就长了。但这次追来的却只是秦军中的几万骑兵，速度上极快，还没等楚军的大队人马摆开阵型，他们的人就已经到了。在离着楚军还有一箭之地的时候，他们已经张弩就射了，正好楚兵的精锐跑到了最后面，但还没有准备战斗，正好让他们迎面碰上了如飞蝗一般射过来的羽箭，许多楚军刚走到位置上就被射成了刺猬。
秦军骑兵一看自己的一阵乱箭居然就撂倒了数千楚兵，不觉士气大振，呼喝这抽出长刀就往楚军的阵中杀来。这一下是杀了楚军一个措手不及，虽然秦军人数上只有楚军的两成，但因为占了先机再加上楚军基本毫无斗志居然让他们将楚军的阵势冲得散乱不堪，使楚兵只有招架和躲闪的本事而无法还击。这就使这一支骑兵大喜过望，开始忘了自己在人数上毕竟还是处在劣势的，只知逞一时之快，在楚军阵中左突右冲，来回冲杀，又有数千人倒在了他们的刀下。
但是刘邦毕竟不是完全不知兵的人，再加上有萧何在旁，所以很快的他们就发现这支追来的秦兵在数量上并不是太多，而且他们的后援部队看来也没有那么快赶到。这时刘邦才知道那支伏兵对秦军的拖延作用还是很明显的，知道了这些之后，刘邦本来有些慌乱的心又开始镇定下来，开始命军士们以长矛、长戈等长兵器对秦军的骑兵进行远距离攻杀。因为秦军的骑兵还没有如扶苏的骑兵一般配备着马镫等物，所以他们只有靠着双腿夹住马腹以及一手握紧缰绳才能控制住飞奔的快马，这使得他们手中握着的刀只能是用一只手就能控制的短刀，在这情况下，虽然在灵活性和冲击力上骑兵比步卒要厉害些，但一旦让步卒用长兵器将他们围住，他们却是无法可施只有被刺死一条路了。
不一会儿，就有千多名秦军骑兵被楚军的长矛长戈刺杀在地，这也激起了楚军的斗志，开始向秦兵发起了反击。有那使长矛的专攻向骑兵跨下的战马，一旦那马受伤倒地将骑兵甩下背来，就有楚军的其他兵种上前手起刀（剑、棒）落将他们生生击杀。也有那些弓手在骑兵奔驰的过程中一箭将敌人射死。
楚军的反击使得带兵前来的将领这才想起章邯命他们追上来的目的，那就是想尽一切办法阻挠楚军后退，却不是让他们就地与楚军展开激战。但是这时才想起这一点已经太迟了，贪胜不知输的秦军骑兵已经被楚军反包围起来，相互间还被楚军分割开来，难以再组成队形对楚军发起攻击了。
但好在秦军的装备精良，再加上秦军的个人战斗力要比楚军高上不少，所以虽然处于劣势之中楚军想要将他们吃掉却也没有那么容易。
刘邦看着秦军被自己的人马包围得水泄不通，心中大喜，就想趁此机会先除掉这支秦军中最厉害的部队。但随即他就发现想要完全将这数万人除掉需要花费的时间很长，恐怕当自己将这支骑兵杀光的时候，秦军的大队人马有就赶到了，到时候这十多万人马就要陪葬了。所以刘邦立刻命步卒一面困住秦军，一面却命人向泗水方向退去，现在他可耽搁不起太久时间了。这样一来，楚军对秦军的杀伤就小了很多，这也使得部分骑兵可以相互照料到，然后开始集结起来，准备对楚军再一次发起冲击，使他们的阵型散乱掉。
就在刘邦想进攻却怕秦军主力赶到，想后撤却又被秦军骑兵阻挠，进退两难的时候，从泗水城方向传来了阵阵马蹄声和喊杀声，他张目看去时，正看到一彪人马冲杀而来