汉将皇甫纪引一万精骑，据断广牧通向塞北隘口。右贤王率军南犯并州以此路为要道。供应大军辎重粮秣等，皆从此而过。右贤王本以为其兵马铁骑甚众，可一鼓而下九原，击破汉军，然后取下河朔二郡，再回军剿灭皇甫纪、北泽军。然而不能克封传车，后方被袭，右贤王遂陷于被动。
皇甫纪闻知右贤王亲自领兵来夺粮道，遂按照封传车计策，率部撤走，迂回至广牧，攻击广牧匈奴兵。
此时北泽已经率兵进驻广牧侧后方，见右贤王分兵去救粮道，遂引军前来攻击广牧。两路军马已经即将到达，封传车闻知，遂提三万精兵，攻打广牧燕军大营。
汉军三路一齐发起攻击，慕容虎与日逐王急忙率兵拒战，北泽、皇甫纪二将，引军从南北两面攻击，慕容虎让日逐王率万余兵迎战北泽，又分兵八千人，迎战皇甫纪。封传车见之，遂命军中百余辆战车在前，组成车阵，战车上皆手持长戟、身披重铠甲士，弓弩手在中，骑兵在后，对广牧胡兵形成包围之势。匈奴骑兵虽然勇悍，然被战车阵所制，骑兵不能驰骋，遂威力大减，汉军中弓弩手万箭齐发，射向匈奴兵。匈奴兵大败，死伤无数，封传车见匈奴兵已经溃乱，遂令战车营散开，以万余骑兵趁势冲击胡骑，遂大破匈奴，慕容虎不能相敌，急忙与日逐王收兵引军北逃。
封传车遂攻下广牧，此一役，从早战至黄昏，汉军斩首匈奴五千，俘获三千，马万匹。封传车见慕容虎与日逐王逃走，便令北勒与法演驻守广牧，又带领北泽、皇甫纪二将，率麾下铁骑三万人追击之。
匈奴兵大败于广牧，日逐王与慕容虎道：“汉军善于用兵，已经破我军，恐其追之，亦请和。”
慕容虎道：“现我已经得罪汉朝，汉军岂能宽恕？必不能讲和，可先退军至塞外，在作区处。”恐汉军追及，于是不顾右贤王，引兵望塞外而奔。