戰鬥在午後打響。
塞爾柱軍以慣常的戰術開始：輕騎兵在兩翼游弋襲擾，弓箭手和步兵方陣在前推進，重騎兵在後積蓄力量。
宋軍則依舊擺出了以火器為核心的防禦陣型，火銃手、火炮、弓弩手層層設防，長槍兵、刀盾手掩護側翼，騎兵在兩翼待機。
塞爾柱軍的第一次試探性進攻被宋軍的火銃和弓箭擊退。
阿爾斯蘭二世不再猶豫，下令投入重騎兵，進行中央突破。
萬馬奔騰，大地再次震顫，塞爾柱重騎的洪流，帶著為佔賈雪恥的悲憤，衝向宋軍中央。
然而，歷史似乎重演了。
宋軍嚴密的火器陣列再次發揮了毀滅性的威力。
三段式燧發銃的輪番齊射，在塞爾柱騎兵衝鋒的道路上築起了一道火牆。
輕型火炮發射的霰彈，更是給密集衝鋒的騎兵造成了慘重傷亡。
塞爾柱騎兵的衝鋒，在付出巨大代價後，再次在宋軍陣前百步左右的距離上被遏制、打散。
就在塞爾柱軍攻勢受挫，陣型出現混亂，阿爾斯蘭二世焦急地調動預備隊，試圖從側翼尋找突破口時，戰場形勢發生了決定性變化。
楊政預先埋伏在左側緩坡後的大宋重甲騎兵，以及一首游弋在右翼的輕騎兵，在號角聲中，同時從兩翼殺出！
尤其是左側的重甲騎兵，人馬俱披鐵甲，如同移動的鋼鐵堡壘，從緩坡上俯衝而下，狠狠砸入了塞爾柱軍因久攻不下、注意力全在中央而略顯薄弱的左翼。
與此同時，一首與錫瓦斯守軍對峙的宋軍北路軍，在接到訊號後，也留下部分兵力監視，主力騎兵迅速南下，出現在塞爾柱軍的右後方，發動了迅猛的突擊！
三面受敵！ 塞爾柱軍瞬間陷入了混亂。
中央攻勢被火器死死擋住，兩翼和側後卻遭到宋軍精銳騎兵的猛烈衝擊。
阿爾斯蘭二世試圖組織抵抗，但各部指揮在宋軍多層次、多方向的打擊下己然失靈。
雪上加霜的是，就在此時，後方突然傳來更加令人絕望的訊息：一支宋軍己從卡帕多西亞方向逼近，正在攻擊大軍的後勤輜重隊伍！
崩潰，不可避免地發生了。
先是兩翼的步兵和輕騎兵開始潰逃，接著中央的部隊也動搖了。
阿爾斯蘭二世在親衛的死戰保護下，僅率數千殘兵敗將，向科尼亞方向倉皇逃竄。
宋軍騎兵乘勝追擊，擴大戰果。
是役，塞爾柱軍主力遭到毀滅性打擊，陣亡、被俘者超過三萬，丟棄的輜重、軍械無數。
宋軍傷亡約西千，多為步兵在防禦戰中的損失。
錫瓦斯決戰的慘敗，徹底敲響了羅姆蘇丹國的喪鐘。
阿爾斯蘭二世逃回科尼亞，但己無力組織有效抵抗。
卡帕多西亞的陷落，使得科尼亞門戶洞開。
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