当接到完颜永济让女真骑兵西路军和西京大同府兵会师于阴山脚下的命令后，驻守商州的胡沙虎赶紧率军北撤。但胡沙虎只让西路军和大同府五万步兵驻扎于阴山脚下，还留下五万大同府兵加固界壕修筑边塞。
胡沙虎见蒙古草原和金国西部地区六百多里的接壤处虽然有城墙（原来秦朝、汉朝为了阻止匈奴南侵修的长城），但因为年代久远而并不坚固，所以他让副将组织五万大同府兵，并调集民夫共计七十万人、花费二十万两银子大兴土木、修护城墙，打算用这种办法来阻止蒙古军南下。但是这种消极防御的办法除了劳民劳兵、消耗财物、降低战斗力和挫伤士气外对防御敌军没有一点益处。胡沙虎有勇无谋，重新修缮长达六百多里的界壕边塞费时费力，但他没有想到，实际上敌军只要集中兵力突破一点，整条防线就会完全落空，形同虚设。
胡沙虎布置好重修长城的事情后，自己则率西路军十万骑兵和五万步兵驻扎于阴山南面脚下，一边休整一边等待完颜永济下达总攻命令。
不过还没有等到进攻蒙古草原的命令，蒙古骑兵就先打过来了。胡沙虎赶紧命令全军备战。
蒙古骑兵到达金兵驻地三十里处，却不急于进攻，而是找了块高地安营扎寨。胡沙虎也不敢贸然出兵，只是密切监视蒙古骑兵动态。
第二天早上，蒙古骑兵摆开队形，准备进攻金兵。胡沙虎也赶紧命令全军做好战斗准备。
随着成吉思汗一声令下，木华黎、哲别、耶律阿海率领三万骑兵，像斧头一样冲向金兵阵地。
胡沙虎却不急于进攻，而是命令金兵呈一字队形排开，挽弓搭箭迎接蒙古骑兵的到来。胡沙虎命令士兵，当蒙古骑兵行至两百步时立即放箭。可他轻视了蒙古骑兵的射箭技术。“先下手为强，后下手遭殃”。当蒙古骑兵行至金兵阵营半里处，木华黎就开始命令放箭。蒙古骑兵的竹箭像蝗虫一般飞向金兵阵营，数以千计的女真骑兵被射落马下。
胡沙虎本以为女真骑兵原地射箭，能将蒙古骑兵更多的射落马下，没想到蒙古骑兵射箭技术那么高超，在自己的射程之外就开始放箭，而且在快速移动的情况下命中率还那么高！
胡沙虎赶紧命令女真骑兵举起盾牌，向蒙古骑兵发起进攻，双方发生混战，一时血肉横飞。
成吉思汗见前军已经攻入金兵阵营，也立即命令中军、后军全线出击。二十万骑兵在阴山脚下展开殊死搏斗。女真骑兵最终不敌蒙古骑兵，向南逃窜。成吉思汗下令停止追击，向金兵驻地发起进攻。
金兵驻地原有五万后勤步兵，主要由汉人、契丹人组成，负责伺候女真骑兵吃喝拉撒，本来就十分不满。现见女真骑兵只顾他们逃命不顾自己死活，十万蒙古骑兵又包围上来，就纷纷选择了投降。
阴山之战，蒙古骑兵首战告捷，杀死女真骑兵一万多人，俘虏各族金兵五万余人，缴获战马三万余匹、弓箭两百万支、米面肉菜等各种粮食五万多袋。
不过在此次战斗中，蒙古骑兵也有一千多人战死，成吉思汗十分难过，下令将他们埋葬于阴山脚下，并亲自铲土掩埋。
成吉思汗将投降的五万金兵编为大蒙古国第四路军，任命木华黎为指挥使，并让他抓紧时间把这五万新编“蒙兵”也训练成攻城步兵。
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