土樓山既破，天柱王在東部邊境苦心經營的防線瞬間便被隋軍撕開了一個大口子，其部主力的側翼完全洞開。
九月一日，黃明遠在湟水邊祭祀了死難的將士，然後命令大軍主力向西北方向渡過長寧川水，再向西南方向的臨羌城殺去。
臨羌城是吐谷渾在海東地區第一大城，位于湟水與羌水（今青海省藥水河）的三角地帶，城東西一百六十七步，南北一百六十三步，近于正方形，夯土築，有兩丈高。此城為西漢神爵元年（前61年）後將軍趙充國所築，到了北魏時期為吐谷渾所據。
臨羌城也是一座少有的險城，兩側為湟水和羌水，而西北面的戎峽（今藥水峽）是其天然屏障。
不過因為天柱王將決勝戰場設在了牛心川水，因此在臨羌城內留守的士兵並不多。
隋軍進軍速度奇快，從長寧谷地直撲臨羌城。城中胡虜措不及防，直接被隋軍堵在城中。臨羌城佔地不過九十畝，面積不大，因此吐谷渾軍隊仰仗險城堅守不出，急切之間，隋軍並不能迅速攻下。
黃明遠並不擔憂臨羌城。在黃明遠看來，臨羌城就在那里，無論如何跑不了。而天柱王麾下的吐谷渾主力才是真正的打擊目標，而一旦天柱王選擇逃跑，再向南追上他就難了。
黃明遠可不想天柱王帶著數萬軍隊逃走，因此黃明遠決定分兵阻擊胡虜。
黃明遠乃留五千部隊交給麾下大將虎賁郎將達奚暠，令其繼續圍困臨羌城，然後自率軍向天柱王部撲去。
黃明遠之前率部北上之後，張壽便在營中多布旗幟，以為軍廣。
天柱王徹里泥不知真假，見隋軍數萬之眾，人馬俱威，因此並不敢輕易渡河，只得緊守營寨，準備打防御戰。
但過了兩日，徹里泥見隋軍既不大規模打造戰船，也不搶渡出擊，只是堅守營寨，心中便有些疑惑。
若是說隋軍打不過吐谷渾軍徹里泥可能信，但若是說隋軍見到吐谷渾軍連主動出擊都不敢，徹里泥是萬分不信的。
這時徹里泥猜測，隋軍是不是主力轉移，只留下少部分軍隊在此迷惑自己。又過了半日，實在按捺不住的徹里泥不欲繼續與隋軍相持，乃決定偷偷渡河攻擊，試探一下隋軍的實力。
這天夜里，徹里泥命前軍萬人趁夜偷渡。船行了多半路程，也不見有隋軍阻攔。徹里泥大喜，隋軍怕是真不堪一擊，連他偷渡都發現不了。
徹里泥命全軍加快速度，趕緊等岸。
等到離著岸邊有數步，已經到了河灘，不少人跳下船來從河灘之處搶渡。
眾人心中驚喜，眼看就到了隋軍營地，他們馬上就要殺去。這時突然正前面山坡之上，突然從地下鑽出一群人，向吐谷渾士兵射去。
這些人皆是手持弩機，不斷地向胡虜發射。
因為距離不遠，數擊之下，胡虜便是成排成排的倒下。沒有被攻擊到的胡虜也是心中驚恐，慌不擇路。
這時隋軍營寨阻攔的牆板也紛紛倒下，對面便是一排一排的具裝甲騎，還有其余的突擊騎兵。
這時營寨之中一聲鼓響，眾人得令，紛紛向前突去。
原本壕溝之中的隋軍早已分散向兩邊，留出中間的位置。而壕溝不過半步多，戰馬一躍便直接過去。
雙方距離不過百余步，這點距離騎兵甚至都來不及加速。不過因為隋軍大營位置較高，因此算是從上往下的俯沖攻擊。
數百具裝甲騎從上向下沖擊，立刻便碾壓出一條數十步寬度的血路。沿途的吐谷渾軍隊盡是被踏翻，尸體支離破碎，血肉橫飛。後面的隋軍騎步兵分別掩護攻擊，不斷地將吐谷渾的軍隊往河中趕。
吐谷渾人哪里見過這樣可怖的軍隊，仿佛來自地獄的勾魂使者，收割生命如割草一般。因此吐谷渾軍隊紛紛崩潰，四面逃散。
河中尚有之前東來的渡船，不少人準備乘船逃回西岸。不過雖然船只不少，但這些人早就驚懼交加，混亂不堪，為了搶奪渡船，甚至相互拔刀，不少人竟然被自己人砍死。這群敗兵已經沒有抵抗的意志，他們把所有的精力都用在了奪船逃命之上。
河岸邊的場面慘烈與不堪，鮮血染紅了河水，尸體阻塞了河道，令人不忍直視。
不過雖然對同胞狠辣，但仍舊逃不月兌隋軍的馬蹄。具裝甲騎向河岸不斷擠壓吐谷渾士兵的生存空間，沒有渡船的人紛紛跳河逃命。吐谷渾人不擅長鳧水，因此落水之後，紛紛溺水。且時九月時節，河水極涼，人馬落入水中，頓時手腳麻木，紛紛溺斃，因此整個河面上飄滿了死尸。
這一夜激戰，到了天明，河東岸已經沒有活著的吐谷渾人了。
張壽雖然為人勇猛，但也極其狠辣，因此下令不留俘虜。隋軍在牛心川水東岸殺紅了眼，直殺得刀卷槍折，猶不罷休。
張壽又命人將胡虜的尸體在河岸一側築成京觀，以恐嚇敵軍。
原來當日黃明遠準備離去之時，便猜測隋軍在河東岸再是虛張聲勢，怕是也撐不了幾日。
若是被吐谷渾人發現了隋軍主力動向，無論是渡河還是支援土樓山，都會影響隋軍部署。胡虜畏威而恃強，因此若是知道隋軍主力不足，恐怕會直接攻擊隋軍大營。
黃明遠這才命張壽一面假裝主力，一面深挖壕溝，布置埋伏。而隋軍斥候也無時不盯著吐谷渾人的主力。
等到吐谷渾人準備偷渡，早被隋軍發現，而黃明遠留下的數百騎具裝甲騎便被張壽布置在正對著胡虜的方向，建下了奇功。
這一戰天柱王的主力部隊折損七八千人，傷亡慘重。天柱王徹里泥本人經此一敗，也是驚懼交加，被嚇破了膽，再也不敢小覷隋軍。
隋軍得勝之後，繼續穩守大營。
眼看隋軍沒有強渡牛心川水，天柱王松了一口氣，只得下令部隊緊守營寨。至于出擊之事，卻是再也不敢。
雙方隔江對峙，而互不出擊，形成了一種奇怪的戰爭場面，令人驚嘆。