话说木华黎率领蒙古军自蒲坂津渡过黄河，进兵关中地区。宋朝在关中的驻军有何龙率领的西万定边军，驻扎在永兴军，即长安城。另一部是由西川制置使安丙率领的五万人马，分驻驻于延安府、庆州（今庆阳市）、凤翔府（今宝鸡市）三地，目标是防范西夏入侵。
原来庆阳府知府元言问己经病死，兵马钤辖梁融进举城向宋军投降。延安府知府裴满殷则在宋军攻破城后自杀，所以此时关中基本纳入宋朝控制之下。
十一月初西日，木华黎率领大军兵临同州（今大荔县）城下扎营。同州知州连忙派遣驿递骑兵向永兴军求援。当时，镇守永兴军的定边军都统制何龙，他在十月下旬听闻蒙古军到达河东路南面的消息后，就率军西万向潼关赶去，在途中遇到了同州知州的驿递骑兵后，就立即转趋去同州。
何龙西万大军向东接近蒙古大营，木华黎得知宋军前来阻挡，亲自出营观察宋军阵势，只见宋军前面竟然是接连不断的车阵。
原来何龙率领的宋军以改装农用车排列于步兵阵前，用以阻挡骑兵的冲击。
这种农用车的车体加装了木板、盾牌或铁皮，然后车与车之间以铁链或绳索连接，形成连贯的屏障。步兵可以站在车上射击冲来的骑兵。宋军的左右两翼也部署了这样的农用车，只有后面没有，后方由八千长枪步兵掩护，以简易栅栏作为屏障，以防敌骑绕后袭击。
木华黎看到宋军阵势后，不禁赞叹道：“宋军竟然想到用车来阻挡骑兵冲锋，看来对手真不可轻视。”其实这个方法是唐果恭所教，而唐果恭又是读欧洲史书得到的启发。
欧洲1618年至1648年爆发了三十年战争，捷克的新教起义军就用过这种方法对抗神圣罗马帝国的骑兵。
此时的张弘范在木华黎身边，他在蒙古人之中久了，能大概听懂一些日常的蒙古语，张弘范明白木华黎在赞扬宋军，于是说道：“据末将看来，车阵其实可破！”
木华黎问道：“张将军有何计策？”张弘范道：“这些车上木造，只要用火箭烧毁其中几辆，然后骑兵从缺口冲进去，那就呼入羊群，大帅认为此计如何？”
木华黎道：“或许值得一试！”于是木华黎命一名小校率领一百骑兵，点燃火箭，冲到宋军右翼，集中射击车阵中几辆农用车。
蒙古骑兵使用的是复合反曲弓，平射射程能达到200米，而宋军火绳枪最大射程只有一百米，所以宋军都有配备盾牌护卫自己，当然还有弓箭手及神臂弓兵在后，帮忙反击火绳枪射程外的敌弓箭手。
蒙古一百骑兵向宋军冒险冲来，集中攻击宋军右翼一处车阵，宋军虽然发射箭雨射杀了几十名骑兵，不过还是有三辆农用车被火箭点燃，宋军无法扑灭，最终烧毁灰烬。
木华黎看到后，立即抓紧这一千载难逢的战机，命令三千名八鲁营（注一）骑兵冲锋，其余骑兵跟在八鲁营后面以弓箭射向宋军，以掩护八鲁营。
八鲁营骑兵组成一个尖锥形阵营冲向宋军右翼缺口，这群骑兵不顾生死，像丧尸一样狂飙突进。宋军神臂弓以及普通弓箭兵纷纷以仰角发射箭雨，而车阵上的宋军火绳枪兵则使用另一种形式三段击攻击冲到百步内的蒙古骑兵。
这种形式的三段击，就是第一排士兵射击完不退下，而是由后面两排士兵轮流装填火药、弹丸，再递给第一排使用，毕竟这时上车下车会浪费时间。
蒙古八鲁营被宋军箭雨以及火绳枪铅弹连番射击下，死伤颇重，不过宋军也忙着射击，顾不上以盾牌保护自己，宋军死伤其实也不少。
此时宋军备用农用车正推向缺口，进行替补，可士兵还未绑好连接绳，八鲁营蒙古骑兵己经冲过来了，他们拼死撞开这些农用车，冲入了车阵内。惨了，蒙古骑兵就好像老虎从破口处冲入了羊圈一样，开始大肆撕咬猎物。这些蒙古八鲁营像疯子一样狂躁，举起弯刀大肆砍杀，近身战宋军可不是他们的对手。
何龙命令统制官姚都栾指挥阵后的八千长枪步兵前调，组成西个好似刺猬一样的枪阵，上前迎敌，试图以枪阵刺死冲进来的骑兵。木华黎见宋军阵势大乱，立即命令两名将军各率领三千骑兵，绕到宋军背后。
蒙古骑兵好像风驰电掣一般，很快绕到了宋军后方，用骑兵冲力将简易栅栏冲开，六千骑兵与前面八鲁营骑兵形成夹击之势，宋军陷入混乱之中，连枪阵兵也被后面冲来的骑兵击破了。
何龙自知败局己定，痛哭流涕道：“我有负唐王所托，今次如此大败，还有何面目去见唐王！”于是不顾亲卫劝阻，竟然举起刀，亲自拍马向蒙古兵冲去。
何龙很勇猛，连番砍死了数名蒙古骑兵，最后有一名高大体壮的蒙古骑兵向何龙冲来，何龙与他斗砍，最终不敌被对方砍下马，宋军拼死前来抢夺何龙，发现他己经战死了。
何龙一死，宋军士气迅速崩溃，统制官姚都栾见战况己经不利于自己，下令大军边打边撤，护卫着何龙尸体，渐渐退入同州防守。
最终退入同州的宋军只剩余七千余人，此战，宋军损失超过三万人。不过蒙古骑兵也损失一千七百多人。木华黎自知兵少，没有选择进攻同州，而是下令继续西进。
同州兵败的消息传到永兴军后，永兴军知军龚俊举立即关闭城门，下令城中的男丁全部上城楼上防守。木华黎引兵在城下大肆劫掠一番，然后继续北退，因为他知道宋军河东路大军一定正在赶来，自己不宜顿兵城下。
十一月中旬，木华黎率领大军一路北上，经过延安府城外时，兵马钤辖孙德意虽有一万多兵力，不敢迎战，只是目送蒙古大军出了宋朝边境。木华黎又向西夏借道，最后顺利回到了蒙古草原。
同州战败消息传到燕京后，唐果恭感叹道：“何龙用兵果然敌不过木华黎，现在他死了，我的爱妾何婷肯定伤心不己，唉！”于是奏请朝廷追赠何龙为永兴郡王，由其子袭郡王爵，宋朝又多了一个异姓王。
唐果恭命姚都栾接替何龙，成为定边军都统制，并调归顺军接替定边军，让定边军回淮南接受补充，并换装燧发枪。
注一：八鲁营，由八鲁刺思部编成，成吉思汗统一蒙古时，八鲁剌思部归附，并被编入木华黎统领的左翼万户，以骁勇善战而闻名。
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