张承范率领这支东拼西凑、精神不振的绣花军勉强上路，原本两天路程，居然走了5天才赶到潼关，其实大家心里非常清楚，明明是去送死，能拖越一天就多活一天。张承范也只好将就着，一旦军纪严明追赶太急，这些市井之徒晚上就一哄而散，只剩他这个光杆司令前去增援。
当神策军来到关上的时候，关外齐克让的士兵与义军先头部队正激烈交战，战斗一直从上午打到午后，持续将近六七个时辰，双方各有伤亡，这些绣花兵恐怕第一次目睹血腥拼杀，心里面更加害怕。战斗结束后双方收兵各自回营地，齐克让才知道没有等来一粒粮食，只来了2800名绣花兵，而且驻扎在关上充当弓箭手。
关外的义军在烧火做饭，关上张承范带来的绣花兵也在准备晚饭，唯独夹在中间齐克让的士卒们经过一天激战，大家只能相互背靠背休息喘气，抬头仰望天上的星空喝西北风，受伤的士卒躺在地上痛苦呻吟。齐克让见此番情景，流下了悲伤的泪水，他可怜手下这上万弟兄们，来日将面临恶战，临死之前连一顿饱饭都吃不上，更痛恨田令孜胡作非为，以致今日之祸，只能无奈地面对现实。
潼关左侧有一道很深的天然沟谷，平时有士卒把守不能通行，谷底长满了灌木和荆棘。到了夜晚部队开始骚动，开始有士卒悄悄越过沟谷溜进关内，逐渐三五一群越跑越多，一夜之间溃退的士卒把荆棘踏成平地，纷纷涌入关内。
此时朱温率领自己的军队，随同义军的后续部队源源不断赶到关外，摩拳擦掌准备一显身手，部属士气高昂。第二天早上大军开始进攻潼关，关外有一道的沟堑阻挡，义军在弓箭手的掩护下，派士卒背土填平，然后潮水一般涌入关下。双方激战从凌晨持续到下午，张承范站立关上临阵督战，弓箭、滚木、石块全部用尽，将士们疲惫不堪，几乎弹尽粮绝。为防止义军从左侧沟谷攻入关内，张承范令王师合分兵800人去守卫，朱温善于把握战机，立即放弃正面进攻，率部向王师合冲杀过来，王师合奋力抵抗，终究寡不敌众退回关内，齐克让的士兵也纷纷撤回关内固守。
到了晚上，义军已经将潼关团团围住，并在关下堆放干燥柴木放火烧关，浓浓烟火让关上的守军看不清东南西北，张承范带来的绣花军一哄而散，纷纷溃逃。齐克让见此情景无心再战，与张承范率残部往长安方向继续撤退，王师合眼看大势已去自杀身亡。潼关失守，黄巢一边派兵攻占周边的城池，一边随大军直抵华州，长安城已经近在眼前。
消息传来朝野震惊，唐僖宗急忙召集群臣商议对策，宰相卢携称病没有参加。田令孜趁机把失败的责任全都推到卢携身上：
“早在黄巢贼军盘踞江淮的时候，他就曾经多次上表朝廷要求归降，提出的条件就是得到一个节度使的官位，可是卢宰相以高骈手握15万之众，足以剿灭贼军为由不肯受降，而高骈抗击不力使得贼军南逃广州。待贼军经过休整从广州杀回来的时候，高骈为求自保，自始至终没有和黄巢发生一场像样的交锋，以致今日之祸。卢宰相这是为了个人的功名而害了国家，应当罢免相位。”
僖宗听后下诏罢免卢携的相位，卢携得到消息后对朝廷彻底失望，在家中服毒身亡。都到这个时候还在搞窝里斗，唐僖宗实在昏聩无能，紧要关头居然草率罢免重臣，岂有不败之理。