第一輪進攻隋軍投入了三千士兵，集中攻打東北角，形成了強大壓力，三千士兵如海潮洶涌，兵戈似森林，士兵們抬著寬大的梯子向前奔跑，鼓聲密集敲響，喊殺聲震天。
屈突通在土門關前已挖了三道防御深溝，每道深溝寬兩丈，深一丈五，需要借助木板才能搭橋過去，這給進攻方增加了難度，而且屈突通在三道防御溝背后部署了兩千弓弩手，又在溝壑前百步內撒下了上萬枚細小的鐵蒺藜刺，形成了一道道有效的防御體系。
這時，隋軍中鼓聲大作，三千人組成的方陣發動了大規模的進攻。
在轟隆隆的鼓聲中，隋軍的進攻浪潮已經推到了距離溝壑一百五十步外，還沒有進入弩箭的射程，這時，屈突通冷笑一聲，喝令道：“床弩準備！”
唐軍士兵拉開了覆蓋在關墻上的油布，露出三百部床弩，這是運送糧食時一起帶來的防御輜重，床弩前有兩名士兵拉緊了弓弦，另一名士兵則在床弩上安放九支箭，一射九連環，殺傷射程達三百步，威力極大。
“射！”
隨著屈突通一聲令下，三百部床弩，二千七百支箭一起射出，箭如奔雷，力道強勁，隋軍盾牌雖然能擋住弩箭，但它卻擋不住床弩的力量，頓時，盾牌紛紛被射穿，也射穿了盾牌后面的士兵，只聽見慘叫聲大作，三百余名奔在最前面的士兵慘死倒地。
但隋軍士兵并沒有停步，依舊向前奔跑，忽然，很多士兵撲到在地，痛苦地蜷縮成一團，他們踩到了藏在草叢中的鐵蒺藜刺，雖然鐵蒺藜上沒有淬毒，卻有效地阻攔了隋軍的攻勢，隋軍進攻陣型立刻混亂起來。
就在這時，躲在溝壑背后的兩千名弓弩手發威了，他們同時現身，弩箭斜向天空，一片片箭云騰空而起，儼如飛蝗撲至，射進了密集的大軍之中，隋軍的盾牌和鎧甲難以抵擋一陣陣的箭雨沖擊，在床弩和箭陣的沉重打擊下，進攻的隋軍士兵死傷慘重，溝壑前死尸籍枕，血流成河。
羅士信萬萬沒有料到溝壑前百步內的草叢中還有蒺藜刺，他氣得臉色鐵青，卻又無可奈何，只得下令道：“鳴金收兵！”
‘當！當！當！’收兵的鐘聲敲響，隋軍士兵丟下數百具尸體退回了本陣，士兵們紛紛脫下靴子，從靴底拔下一枚枚刺得極深的鐵蒺藜刺，雖然眾士兵破口大罵，但實際上每個人都長長松了口氣，鐵蒺藜上沒有淬毒，否則一條腿就保不住了。
羅士信心中惱火萬分，這種蒺藜刺雖小，但對士氣影響很大，不過對付這種蒺藜刺也有土辦法，當初他的士兵就是在鞋底綁一塊木頭破掉了蒺藜刺的威脅。
士兵們紛紛將鞋底綁上木塊，羅士信當即令道：“所有軍隊投入戰斗，第一個攻上土門關者，賞錢五千貫！”
唐軍的弩箭和床弩給隋軍帶來了近七百余人的傷亡，但它無法阻擋第二輪五千余名士兵的進攻，隨著隋軍的催戰鼓聲加快，羅士信率領全體士兵列隊向關墻殺去。
這一次隋軍步步為陣，高舉盾牌向前推進，草叢中的鐵蒺藜再沒有給士兵們帶來麻煩，只有飛射而來的床弩大箭不斷擊穿前排士兵的盾牌，造了一定程度的傷亡，但溝壑背后的唐軍弓弩手已經無法傷及隋軍士兵。
屈突通看得清楚，他知道了羅士信已經找到了破陣之策，他只得下令道：“弓弩手撤回關墻！”
隨著鐘聲敲響，躲在溝壑背后的兩千弓弩手紛紛起身，如潮水般向關墻撤退。
但隋軍士兵依舊步步為營，一邊行走，一邊排除地上的蒺藜刺，直到他們越過三條溝壑，地上再也沒有蒺藜刺，這時，憤懣已久的羅士信大喊一聲，“殺”
他一躍而起，率先向關墻沖去，后面五千余名唐軍士兵也一起大喊：“殺啊！”
隋軍士兵甩掉鞋底木塊，高舉盾牌向關城席卷而來，墻頭上也站滿了密集的唐軍士兵，他們一起向攻城的隋軍放箭，箭雨鋪天蓋地射向奔騰而來的隋軍士兵。
但箭雨已經無法擊退隋軍士兵，一架架寬大攻城梯轟地搭在城墻之上，數以千計的隋軍士兵如蟻群般攀梯而上，一手攀梯子，一手執盾牌，口中咬著橫刀，奮力向上攀爬。
墻頭上箭如雨下，石塊滾木如冰雹般砸下，一片片士兵被砸中射中，慘叫著跌下城去，城墻下方的死尸迅速堆積，血流成河，從尸堆中滲出，染紅了關墻外的土地。
關墻只有一丈高，即使攻城梯被掀翻也無法對隋軍造成實質性傷害，只片刻，十幾架攻城梯上的隋軍已沖上墻頭，和守關墻的唐軍進行殊死決戰。
很快，越來越多的隋軍士兵殺上墻頭，近萬人在一里長的關墻上鏖戰，不斷有人滾摔下去，在這個時候，屈突通高明的戰略戰術指揮已經失去了作用，他在這場貼身肉搏戰中表現出的作用已遠遠低于羅士信。
羅士信將霸王槍發揮得淋漓盡致，他的大槍翻飛，如飛龍騰空，槍影點點，又仿佛梨花繽紛，殺得城墻上唐軍士兵血肉橫飛，尸橫遍地，他所過之處殺得唐軍節節敗退，哭喊連天。
雖然屈突通武藝原不如羅士信高強，也無法像士兵一樣投入戰斗，但他審時度勢的能力和決斷力還是一般人無法相比，他已看出唐軍處于下風，盡管他的軍隊也同樣訓練有素，但實戰經驗卻不如羅士信的軍隊，羅士信的勇猛無敵激勵著他手下的每一個士兵。
屈突通知道自己沒有援軍，一旦處于劣勢就很難再翻身，他們的士氣將一點點被磨掉，士兵將被一點點消滅，最終只有全軍覆沒一個結局。
在這種情況下，只有及時撤退才是唯一的自保之道，屈突通毫不猶豫下令：“全軍撤退！”
撤退的鐘聲敲響了，唐軍士兵紛紛撤離關墻，迅速向井陘內奔去，這就意味著他們放棄了土門關，羅士信長槍一揮，喝令道：“不準追擊，讓他們離去！”
羅士信知道在井陘內追擊敵軍不會有什么殺敵效果，最終只會讓自己糧斷而潰退。
更重要是，主帥給他的軍令很明確，‘奪回土門，不得妄入井陘。’
就算羅士信再不服氣，但張鉉軍令他不敢不從。
不過羅士信知道，他們很快就會殺入并州，絕不會坐失良機。
此時張鉉并不在土門關，隋軍除了一萬騎兵趕去支援羅士信外，其他五萬大軍將真定縣包圍得水泄不通，桑顯和的軍隊剛準備退回土門關便遭到了兩萬騎兵攔截，只是他應對快速，在騎兵還沒有對自己實施包圍全殲之前便退回了真定縣。
桑顯和原本是隋朝的虎牙郎將，一直是屈突通的副將，也有豐富的作戰經驗，在投降李淵后被封為左衛將軍、昌寧縣公。
就在昨天晚上，他收攏數百名李叔良軍隊的敗兵，這才知道李叔良的三萬軍已全軍覆滅，而他們一心指望前來接應的幽州軍早已煙消云散。
真定縣也就是后來的河北正定縣，也是恒山郡的郡治，縣城周長約三十里，城池高大堅固，縣城內生活著十萬余人。
雖然人口不少，但人心思定，無論官民都不愿幫助這支外來的軍隊，使得桑顯和沒有民夫協助守城，也沒有足夠的糧食堅守城池，而在出兵之前李建成就下了嚴令，軍隊絕不準騷擾河北之民，殺人及奸盜者斬。
內外交困使得桑顯和一籌莫展，這時，一名騎兵從遠處疾奔而至，在城下大喊道：“我家大帥給桑將軍的信！”
他一箭將信射上了城頭，有士兵拾到，飛奔去稟報主將，桑縣聽說是張鉉給自己的信，他暗暗心驚，原來是張鉉本人親自率軍殲滅了李叔良軍。
他打開信看了一遍，張鉉在信中說得很坦率，李叔良已陣亡，屈突通也兵敗回并州，真定已成孤城。
如果他愿意投降新隋，他在唐朝的官爵可以保持，從前之事既往不咎，如果不愿意歸降，也可以放他離去，但軍隊必須留下，可如果負隅頑抗，傷及河北之民，一旦城破，全軍盡屠，限他天黑之前作出決定。
桑顯和看了看天色，已經快要黃昏了，也就是說，張鉉只給他一個時辰考慮，桑顯和長長嘆息一聲，作為降唐的隋將，如果再回隋朝，豈不是被天下人恥笑，盡管他也知道此隋非彼隋，但李淵待他不薄，他怎能背叛？
在天黑之前，真定縣城門大開，五千唐軍出城投降了圍城的隋軍，而桑縣和則率十幾名親兵在數百騎兵的監視護衛下前往井陘返回了并州。