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九月下旬，金国三路大军集结完毕，准备对宋军发起攻击。战前，完颜娄室亲率数十骑兵登上高地观察敌情，见宋军人数虽多，但壁垒不固，战线千疮百孔，顿时放下心来，而此时的张浚，还不知道完颜宗辅已经到了战场，以为西线只有完颜娄室一路金军，只当是胜券在握，还特地命人在闹市中贴出榜单，称如有能擒获完颜娄室者，即便是白身也可授节度使，并赏银、绢各万，而完颜娄室听说此事后，也立即在军中张榜，称如有能生擒张浚者，赏驴一头、布一匹，将张浚狠狠地羞辱了一番。
九月二十四日，富平会战正式展开。临战之前，吴玠曾提出这样一个观点，认为我军营地低洼，难以有效抵御金军骑兵的冲击，应该移居高地，好遏制金军骑兵的进攻。但刘锡和其他将领一致认为，我军人数远远多于金军，没有躲避的道理，况且营前是一片沼泽地，金军的骑兵难以驰骋，于是不予采纳，只是命人打出了曲端的旗号。曲端当时已被罢免，刘锡是想借用他的威名来恐吓一下金军，不想又被完颜娄室识破。决战这天，完颜娄室命勇将扎哈贝勒率三千骑兵，以口袋装土填平沼泽，一举渡过了沼泽，直奔乡民的小寨杀去。这里居住的都是随军的役夫，没有任何作战能力，一见金军杀来，顿时大乱，四散逃入宋军各营寨，使得整条宋军防线一片大乱。
宋军未曾交战就在气势上先输了一阵，但好在人多势众，尚不至于立时溃败。这一场交战是宋金双方自开战以来，在同一战场上投入兵力最多的一次，战斗过程也异常激烈。金军阵型是以完颜宗弼为左翼，以完颜娄室为右翼，完颜宗望率中军督战，而宋军五路人马则是各自为战，并没有结成一个完整的阵型。
在战役的初始阶段，宋军仗着人多势众，一度占了优势，泾原军经略使刘锜对阵完颜宗弼的左翼军，将其团团包围，金将赤盏晖所率精骑深陷泥泞，被斩杀甚众，左翼金军有遭宋军围歼之势。可惜金军的战斗力还是十分强大，虽处下风却无溃乱的迹象，勇将韩常左目中箭后凶性大发，一把将箭枝拔了出来，满面鲜血淋漓，却以土塞创、奋战不止，保着完颜宗弼破围而出，金军左翼危势因此化解。
而在金军右翼，完颜娄室不顾身患疾病，率部拼死厮杀，与宋军苦战六个回合，从日中到昏暮，越战越勇，最终将宋军环庆军击溃，环庆路经略使赵哲临阵逃脱，余部四向逃窜，其余四路宋军将士望见烟尘大起，纷纷惊呼：“环庆赵经略先走！”然后全军大溃，十几万将士争先恐后地逃离战场，一路跑到邠州才停了下来。
富平之战最终以宋军的失败而告终，幸亏金军因伤亡惨重，并没有对宋军进行追击，所以宋军最终折损的人马并不多，可是这场战役对宋军造成的影响却是灾难性的。战前张浚认为此战必胜，便将川陕地区数年的积蓄全部囤积于富平，只等战役结束后论功行赏，最终全部落入金军之手，史载金军“胜而不追，所获珍宝、钱、帛如山岳，不可计”。故而当时有人作诗讽刺张浚道：“娄室大王传语张老，谢得送到粮草，斗称不留一件，怎生见得多少？”
与损失钱粮相比，更为可惜的是土地与人心的丧失。此战之前，金军虽然屡次攻打陕西，但始终没有能够取得具有决定性的胜利，而在此战之后，不但陕西大部分领土都已落入金军之手，就连南宋的财赋重地四川也受到了致命的威胁，那么谁又该对此战负责呢？显然应该是一意孤行发动此战的张浚了。
张浚在南宋史上有中兴名相之称，其实本人并没有多少才干，是个志大才疏的典型代表，他能受到如此美誉，主要是儿子张栻后来成了理学家，他也跟着借光，受理学人士吹捧的结果。张浚平时爱充硬汉，天天把打仗挂在嘴边，可一旦战败又慌得六神无主，急忙带着千余名亲兵一路逃到了阆州（今四川阆中），惶惶如丧家之犬。富平之战本来是他错误判断下的产物，既然失败了，张浚自然难辞其咎，可他却想倭过于人，在逃跑的路上就将刘锡免职，又将最先撤离战场的赵哲斩首，此举令陕西各路将士大失所望，搞得“人人痛切”又“人人自危”，人心全都散了，队伍又要怎么带呢？张浚只好传令放散五路兵马，让诸将各回本路，可是此时陕西五路不是已经落入金军之手，就是即将落入金军之手，又叫将士们上哪里去呢？于是就出现了统制官慕洧以环州叛附西夏的事情，可张浚仍不肯改弦更张，又因一己之私而屈杀曲端。
富平之败后，张浚很为自己在大战前夕将曲端罢免而懊悔，认为没等卸磨就杀驴实在不是个明智的举动，于是想重新启用曲端，可是曲端得罪的人太多，前陕西经略使王庶和大将吴玠对此都表示极力的反对，吴玠甚至不惜声称曲端有谋反之意，张浚和曲端也闹过矛盾，所以就放弃了这个想法。本来这个事情完全可以到此为止，可是张浚思来想去之后，觉得既然这个人已经用不着了，还不如弄死算了，就指责曲端写下的“不向关中兴事业，却来江上泛渔舟”两句诗，有影射赵构之意，将他抓捕入狱，然后又诬陷他谋反，在狱中对他进行严刑拷打。谁知曲端是武将出身，骨头很硬，在狱中受尽酷刑，就是死不认罪。张浚无奈之下，只得使出阴招，命人用火猛烤曲端，又在曲端干渴至极之时灌以烈酒，最终导致他七窍流血而死。
曲端在西北享有盛名，又为国家立下不少的功劳，虽说在个性上面有一些问题，但是毕竟没有犯下必死之罪，因此在他不明不白地被人弄死之后，马上就在社会上引起了强烈反响，远近之民莫不“帐恨，有数日食不能下者”，“陕西士大夫莫不惜之，军士皆流涕怅恨，有叛去者”。
张浚自从受命经略川陕之后，先是选择在错误的时间和错误的地点，对金军发动了一场错误的决战，接着又在这场错误的决战失利后，不断地犯下一系列的错误，使得整个川陕地区的形势急剧恶化。而在集中了国内精兵壮马的陕西地区丢失之后，如何才能守住作为南宋财赋重地的四川，就已经成为了一个令人难以回答的问题。如果四川再被金军占领，金军东西两向夹击南宋朝廷的态势就已经形成，这将对南宋的生存发出致命的威胁，幸亏大将吴玠在这个沧海横流之时，显露出了英雄本色，率部与金军血战和尚原，这才成功地化解了这场危机。