接下来的几天，他让大军驻扎在日月山中，好吃好喝的招待那位不速之客，而后每日让他带着房遗爱走小路，但每次只出走数里便回还，日日叠加。又派人密切监视，看他是否有传递消息的动向，一边又叫裴宣机在房遗爱回营之后，悄然出营，带着延安府精锐，再走一遍小路。
最终，裴宣机搜索前进，离营四十里未见伏兵，李政终于进驻日月山的七日后，对伏允发动攻击。
以房遗爱为奇，尉迟宝林为正，以房遗爱出雪陇小路，以尉迟宝林大摇大摆继续前进。裴宣机则为后队。
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说正式战役之前，先说说天柱王这边在干什么。李政进驻鄯州之后，他便钦点壮士，进驻日月乡，想要给李政一个伏击。他一边命令手下士卒强征民夫，又纵容手下士兵大肆劫掠，对于吐谷浑来说，这些都是再正常不过的事情了。
因为他们打仗，并不像中原，有着完美的后勤补给，他们只能是以战养战。如果不纵容士兵劫掠，那士兵就会饿肚子，就会不愿意征战。无非就是许以重金，以求善战之士。
在大失民心之下，百姓们敢怒不敢言，只能期待鄯州的唐军早日前来。于是乎，奔走报信者，不计其数，但吐谷浑士兵看管森严，最终，只有一人逃脱追捕，前往唐营。
就在房遗爱出雪陇的前一天，天柱王在营地内新纳了第十七房小妾。然后将上一房赐给了他的得力干将，拓跋南芎。
拓跋南芎曾进言：“唐军居住日月山已有七日不前，恐有诈，是否以兵击之，试探虚实？”
天柱王道：“无妨，他们在鄯州一住一个月，我听说他们的主帅，是个皇室子弟，无非就是来走走看看，谋个军功，不足为虑，只需静静等待，我必然生擒他，到时候，唐皇必然受缚于我，让他俯首称臣也未尝不可啊！”
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而战争，则在悄然进行之中，房遗爱兵贵神速，不过一日，便至吐谷浑军二十里处，当日，全军静默，只用随身干粮以果脯，不可说话，军马不可站立，全军藏匿于巨石，山林之内，没有命令，不许走动，传令之人，不许身着铠甲。都是延安府出来的兵，对于这些东西，平日早就演练过无数次了，没有人违背纪律。
入夜，刚过子时，房遗爱率军潜行至吐谷浑十里处，甚至能隐约看见吐谷浑帐内的灯火。
同时，尉迟宝林慢慢悠悠，一日行军不过三十里，傍晚才进军至伏兵十里外，而后装作安营扎寨，准备过夜的模样，但精锐之兵尽藏于帐内，兵不卸甲，手不离刃。
裴宣机紧随其后，全军熄灭火把，只有哨子作为信号。哨子在哪儿，大家就往哪里走，看到人来，只认衣服不认人。哨子发出的声音，也可以作为简单的命令，譬如攻击、防守、敌袭、停止。
丑时尽，房遗爱吹响了日月之战的第一声哨响，延安府兵尽数杀出，出现在天柱王东面，直到唐军杀进牙帐，天柱王才恍然大悟，知道是唐军杀了进来。
慌乱之中，不顾还在北面的唐军，立即调日月山内的伏兵回还救援，自己则是立马重整还未被冲散的兵马，缩小防御圈，拱卫中心大帐。
房遗爱并不轻进，只在散兵游勇处四处冲杀，正所谓，冲阵不入阵。他十分清楚，自己不是来擒拿天柱王的，自己只是一路奇兵，只负责惊扰，等到伏兵全数撤回，自己就算任务完成，此时冲击天柱王大帐，必然遭到猛烈反抗，得不偿失。
于是他以小股部队，以弓弩射击大帐，只是远处射箭，并不进攻，而后继续俘虏和整理残兵败将，将其身上的弓箭整合在一起，在中心大帐防御形成之后，带队朝南面迂回，阻断天柱王南撤青海的道路，与尉迟宝林、裴宣机形成南北包围。
寅时，天柱王伏兵回营，天柱王下令反击，房遗爱占据南侧吐谷浑原本的工事，以弓箭还击，吐谷浑军一时间不能前进。
拓跋南芎亲率五百死士冲击，连冲五次，唐军不过五百人，逐渐不支，房遗爱提枪上马，亲自迎战，连斩数人。唐军重新打退拓跋南芎。
第六次冲锋尚未发起，吐谷浑牙帐北面喊杀声大起，尉迟宝林身先士卒，直冲吐谷浑大营，天柱王匆忙抵抗。一面抵抗尉迟宝林，一面加派人手冲击房遗爱所部。欲要南逃。
为了减轻房遗爱的压力，李政令裴宣机所部，接替尉迟宝林攻击任务，尉迟宝林则绕过中心大营，由东侧进入，以策应房遗爱。
战争至拂晓时分，逐渐停止，天柱王被裴宣机擒获，拓跋南芎被房遗爱斩首。吐谷浑伏兵说是三千，一清点，发现俘虏的就有三千七百余人。尸首能够分辨的，共计两千九百余具。
唐军房遗爱所部，伤亡三百七十九人，战损比超过百分之七十，这在古代战争几乎是一个不可能的战损比。。而尉迟宝林所部阵亡二百三十六人，裴宣机所部阵亡三百一十七人。
此战被史书记载为日月山之战，这一战对于吐谷浑军造成了沉重打击。后世研究者将此战的胜利，归咎于李政的民心所向。这也开创了军以民为先的战略思想先河。
正如魏征所言：百里之国有千里之听，千里之国有四海之听、
王不待大，汤以七十里，文王以百里。
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