勋迅速把兵力调过去，马不停蹄发动进攻。当时天降大雾，官军发现叛军杀至时已经来不及列阵。官军被杀得大败。三万官军一半被杀死，一半跳入淮河淹死，只有几百人逃生。南路军听说两军兵败，逃之夭夭。庞勋完胜官军，声威大震。
叛军士气大振，乘胜进攻淮南。
令狐绹在唐宣宗时期做了十年宰相。唐懿宗上台后把他外放淮南（总部在扬州）做节度使。
令狐绹无力抵抗叛军，使出缓兵计争取时间。他骗庞勋说愿意替庞勋去向朝廷申请节度使的任命，希望庞勋稍安勿躁。
庞勋信以为真，下令停战，等待任命。
但是他没等来任命却等来大批官军云集宋州。而此时，他在徐州搜刮来的钱粮已经用尽，对部下的控制力减弱。叛军在控制区大肆劫掠，谋财又害命。百姓不再支持叛军，开始痛恨叛军。
唐懿宗调集十个军区七万官军外加沙陀三千骑兵战庞勋。
869年，康承训率军反攻徐州。
朱邪赤心率领三千沙陀骑兵作为箭头部队杀入敌境。沙陀军团锐不可当，将叛军防线冲得七零八落。官军主力部队随后压上，将叛军防线彻底摧毁。
庞勋派兵三万去偷袭官军。但官军已有准备，偷袭变成强攻。叛军在沙陀骑兵的冲击下站不成队形，最终溃败。三万人被斩杀两万。跳进河里淹死的不计其数。少数人侥幸逃脱，逃入山林不再回营。叛军全军覆没。
庞勋收缩防线，死守柳子（在新兴东60里）。
官军利用大风发动火攻，逼迫叛军弃城而逃。沙陀骑兵一路追杀让叛军横尸遍野。
连战连败的叛军对前途丧失信心。他们这些人成分复杂，有思乡情切的逃兵、有占山为王的土匪、有不堪重负的农民、有抓来的壮丁和俘虏降兵，本想跟着庞勋升官发财，眼见形势不妙开始另做打算。
官军步步推进。叛军或献关投降邀功求赏，或反戈一击将功折罪，或弃城而逃回归山林。十几万大军顷刻间分崩离析。官军直逼庞勋的老巢彭城。
庞勋困兽犹斗，让父亲庞举直守城，自己带领五六万人去偷袭柳子。他打算截断官军后路，让官军不战自乱。
但是消息走漏，康承训厉兵秣马严阵以待。
庞勋进军至柳子遭到官军的伏击。叛军的先头部队一触即溃扭头就跑。庞勋的主力部队被溃兵冲得乱七八糟不成队形。康承训挥军追杀。叛军全线崩溃。沙陀骑兵在前面拦截。官军步兵在后面追杀。叛军不知道该往哪跑，互相践踏，自相残杀。数万叛军横尸荒野。
庞勋弃甲纵马逃出生天。战后收集残兵，只得到几千人。
庞勋战败的消息传回彭城（徐州治所），叛军彻底失去抵抗意志。
官军趁机展开宣传攻势，向城上守军喊话劝降。守军偷偷打开城门，放入官军。官