面对着来势汹汹的秦军，李自成的顺军也不能无动于衷了。
当孙传庭的秦军开到襄汾的时候，袁宗第率军一万五千阻截秦军。在首日的激战中，顺军未能突破秦军的偏厢车阵，在损失了千余人以后败退了下去。在第二日，顺军的一名营校率几百人临阵投降，造成顺军阵脚大乱，在一番追击后，秦军完全击溃了袁宗第部，斩杀、俘虏顺军超过了近四千。顺军的首支阻截部队大败而归。
接着在正月十八日，秦军兵至襄汾县城，顺军都尉李养纯率军三千投降，打开了临汾城的门户。十九日，抵临汾城下。李自成任命的宝州牧陈可新、州判姜鲤组织百姓据城抵御。
二十二日晚，有城中乡绅领二百八十八人私自出城投降，城遂破，诸军蜂拥入，城中鼎沸，火光照若白昼。陈可新、姜鲤等均被捕杀。而孙传庭从投降的二百八十八人中，择二老者，命其一一指名，不能名者十余人，疑为贼，皆斩之。而对其他城中百姓，更借口“为贼固守”，全部杀光。进行了一场血腥的屠城。
而秦军的一支偏师，也于二十二日夜攻占浮山县城，他们也借口顺军老营曾留在该县，将全城居民屠戮殆尽。
战斗到了现在，入山西的秦军是连连获胜，这群临时捏合起来的部队也逐渐有了信心。更因为李自成的顺军主动示弱，他们都认为顺军不过如此，骄横之气也都是油然勃发。
而到了此时，无间道——丘之陶也认为时机已到，他利用自己的兵政府侍郎的职务，向在前线指挥作战的李自成发出伪造的情报，谎说保定的京营官军已从东面进攻太原，后方形势危急。
可当丘之陶的假情报一送到，李自成立即派人把他叫来，接着拿出了孙传庭的回信揭穿了他的内奸面目，并处以死刑。
消弭了内部隐患以后，李自成的顺军开始全面迎战。
二月初四，顺军与秦军接战于汾西县。顺军初战失利，果毅将军谢君友被俘杀。但这也是清军此次出陕作战的回光返照了。
由于秦军是孤军深入，距离后方供应基地越来越远。又值开春化冻，道路一片泥泞，秦军的粮车进展缓慢，前线的士卒和马匹饥瘦不堪。
这时候就有人劝说孙传庭回师就粮，可孙传庭却回答说：“师已行，即还亦饥，不如破汾西县就食。”
也许是皇命难违，也许是孙传庭被胜利冲昏了头脑。但孙传庭心知肚明：这样一支临时捏合起来的秦军，不利用现在的连连获胜，一鼓作气冲杀到太原，那秦军以后对顺军的作战，就再也寻找不到这样的好机会了。
可是汾西县本是个又小又穷的县份，秦军破城后只抢到几百匹骡马，几万士卒很快就吃用殆尽。而李自成见秦军深入绝地，一方面动员百姓坚壁清野，使秦军无法就地筹粮，一面派大将刘宗敏带着一万多名骑兵由间道抄到秦军后方，在洪洞县龙马乡地方切断秦军的粮道，要对秦军展开绝杀。
孙传庭闻讯大惊，部下也军心不稳。李自成却在此时用大牌写下战书，指定日期约秦军决战。而孙传庭无计可施，他命总兵秦翼明留守军营断后，自己统率嫡系陕西官兵分路撤退，企图打通粮道。
而秦翼明部下的士兵看着陕西兵撤回迎粮，自己却被留下来忍饥挨饿充当替死鬼，都愤恨不平，拒绝服从命令，纷纷跟在陕西官军后面乱跑。秦翼明派亲兵斩杀阻拦，却不能止。最终因为军心难违，只好随部众回撤。
孙传庭部署的阻击部队这一逃，顺军即乘势发起总攻，秦军部伍大乱，遂全线崩溃。总兵白广恩所统偏厢车营士卒为了逃命，解下拉车的马匹骑上就跑，偏厢车翻倒倾轧，道路也被堵塞，更是造成了秦军的溃散不堪。
顺军铁骑腾越而过，奋勇直追。步兵则手持大棒猛击官军，中者头部与头盔俱碎。秦军大败，死亡四万余人，甲仗马骡数万，尽为顺军所有。其余缴获、俘虏、逃散者不计其数。
在短短的十天内，秦军丢失了所有的胜利战果，溃逃近五百里。孙传庭和总兵高杰收集散亡士卒数千骑渡过黄河，经大荔县绕到潼关。总兵秦翼明也领着残兵败卒奔往潼关。
而此次汾西大败，使得大明朝所留下唯一的“精锐部队”——秦军，受到了毁灭性的打击。从此以后，西北地区就没有能挟制住农民军的大明部队了。
接着，李自成趁着孙传庭喘息未定，于二月十九日率大军三十万直逼潼关。而此时在余子琏的一番经营之下，在河南府的黑云军也已扩军至三万多。不过他们也不敢与士气正旺的顺军交战，只龟缩在洛阳城内，任由顺军自由行动。
而当孙传庭山西大败的消息传至朝廷以后，崇祯皇帝是惊怒不已，他也把战败的责任统统推到了孙传庭身上：“谕兵部曰：传庭轻进寡谋，督兵屡溃，削去督师尚书，以秦督戴罪收拾余兵守关，图功自赎。如纵贼入秦，前罪并论。”
接着崇祯皇帝又耽心顺军万一置孙传庭于不顾，东向直取京师，所以“复谕兵部令晋、豫、保、东四抚，各整兵马，亲驻河干，协力堵御，不许一贼窥渡”。
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