凌晨四更，黄忠领着人马在前，张著在后，悄悄渡过汉水，直到北山之下。这时东天刚刚破晓，正是曹军放松警惕的时候，巡防将士都不加防备，黄忠挥刀号令全军，横冲而上。一队守军看见汉兵来到，急忙去报张郃。黄忠冲进曹营，命令马军一起下马，去烧营帐。将士一起下马，先用火箭射向营帐和料场，点点火苗迅速引燃了连排营帐，草料随后燃烧。张郃领兵赶来，急忙灭火。黄忠带领骑兵一齐上马，截击曹军，火势越烧越大，已经失去控制。张郃边打边退，派人去报告曹操。张著随后赶到，率部投入战场，打散守粮的曹军，紧急搬运粮袋。

曹操闻报北山军粮遭到袭劫，即令徐晃先行支援，自率后队人马继进。

黄忠一举打败张郃，指挥部下使用缴获来的马车战船，搬运粮袋，分作几路，往中军大营运送。刘备听到黄忠夺粮得手，也派几支兵马参加运送。由于曹军粮食太多，黄忠耽误了回营时间。

赵云在营中，等到午时不见黄忠回来，料定情况有变，即刻决定出兵助战，临行他对张翼说：“你守卫营寨，在两厢多设弓弩作好准备，遇敌进攻，坚守射击，等我回军。”赵云披挂上马，带领几十个骑兵前往接应。走到半路，却见曹将徐晃的大队骑兵疾驰而来，赵云下令截击，同时身先士卒，力挽狂澜，以少量人马挡住曹军大众。赵云发现曹操亲率大军杀奔过来，他神情镇定，首先冲击敌阵，挫其锐气，此后边战边走，从容不迫地回归夲寨。他望见后面烟尘大起，知道是曹操大军追来，即令部下准备防守。张翼就对赵云说：“追兵渐近，可令军士闭上寨门，登上敌楼防护。”赵云说：“不要关闭寨门，要虚张声势作疑兵之计。”立即令弓弩手，到寨外壕中埋伏，将营中旗帜枪械全部放倒，然后他匹马单枪，立在营门之外。徐晃领兵追到寨前，这时天色傍晚，只见寨中偃旗息鼓，赵云匹马单枪挺立营外，他们迟疑不敢前进。这时曹操赶到，催督众军向前攻营，曹军大喊一声进到营前。赵云把枪一挥，壕中弓弩齐发，前面曹军连排倒葬，顿时营内喊声大震，鼓角齐呜，如同埋伏千军万马。曹操不知汉兵多少，拨马就走，赵云、张翼乘势引兵追击。这时，黄忠率军来到，带领张著投入战斗，两路夹攻，杀得曹军走投无路，四处逃窜，自相践踏，涌到汉水河边，落水死者不计其数。徐晃弃寨逃走，保护曹操退向南郑。

赵云在汉水战役中的表现，有勇有谋，智败曹操，比起历史上任何一位名将都不逊色。赵云阻击曹操的援军，强力支援了黄忠北山劫粮的军事行动，使他减轻外围压力，集中兵力打败张郃，完成了奇袭北山的重大任务，立下大功。

第二天，刘备前来犒赏黄忠和赵云两营将士，他非常高兴，作乐饮宴直到天晚。

北山战役之后，曹操失去全军的粮草，损失特别惨重，被迫退回南郑。