待李克用的主力全部进入山谷，朱全忠一声令下：“放滚石！断退路！”山谷两侧的宣武军士兵推下早已备好的巨石，瞬间封死谷口，紧接着，火油弹如雨点般砸向胡骑，战马受惊嘶鸣，阵型大乱。

“杀！”朱全忠手持长槊，率宣武军从山谷两侧杀出。他身先士卒，槊尖刺穿一名胡骑将领的胸膛，麾下士兵见主将勇猛，也纷纷奋勇杀敌。李克用的胡骑被困在山谷中，前后受敌，死伤惨重，不得不下令突围。

可此时王彦已率河北骑兵杀回，与朱全忠的宣武军形成合围。李克用拼死突围，身边仅剩数千残兵，逃往幽州投奔李匡威，河东其余城池见主帅败逃，纷纷开城投降。

榆次大捷的消息传到长安，李允大喜，当即奏请僖宗：“朱全忠率军伏击，助破河东，功不可没，擢升为宣武军节度使，加检校司徒，赐食邑两千户！”

朱全忠接到封赏，特意派人送来了缴获的李克用的“虎头枪”，作为战利品献给李允，同时上表表示：“末将愿永随殿下，赴汤蹈火，平定天下！”

榆次之战后，李允在中枢帐召开战略会议，正式敲定“先北后南”的平定方略：

李克用投奔李匡威后，两人合兵一处，拥兵四万，盘踞幽州，威胁河北。由王彦率河北骑兵三万，朱全忠率宣武军一万，分东西两路夹击幽州，同时派张策游说幽州内部将领，许以“保境安民，世袭刺史”，分化敌军。

幽州平定后，以汴州为中心，整合河南、山东的藩镇势力，由朱全忠驻守汴州，节制中原兵马，作为“南征跳板”——李允特意叮嘱王彦：“朱全忠有勇有谋，却野心不小，你需暗中监视，若其有异动，即刻禀报。”

南方藩镇如淮南高骈、浙西钱镠，虽各据一方，却无问鼎之心。派穆顺（原波斯商人）携西域香料、中原丝绸出使，许以“减免赋税，自主政务”，若有不从者，再派护唐军南下，以武力威慑，避免大规模战乱。

张策补充道：“殿下，朱全忠在中原渐得民心，需防其培植势力。不如将宣武军编入护唐军序列，派西域旧部任监军，既用其才，又能牵制。”李允点头：“此计甚妙。传本王令，任命西域玄甲军校尉耶律烈（回鹘降将，忠诚可靠）为宣武军监军，随朱全忠驻守汴州。”