在东汉政权面临被推翻的紧急关头，汉灵帝急忙启用和征派几乎所有强将精兵抵御边章和韩遂的进攻。于是，董卓再度被重迁中郎将，拜破虏将军，和司空张温、执金吾袁滂、荡寇将军周慎等率领步兵、骑兵共十余万人屯兵美阳，护卫园陵。

当时，边章、韩遂也正好进兵美阳，两军对垒，初一交锋，由于羌兵凶悍勇猛，而且士气旺盛，董卓所率大汉军队便遭遇打击，战场上的情势一度对于大汉官军极度不利。

张温等人心急如焚，生怕朝廷怪罪，而董卓却神色自如，劝慰他们说：“现在我们虽然处于不利地位，但只要我们等待时机，稳定情绪，一定能击退敌人。如果连我们当统兵将领的都惊慌失措，势必会动摇军心，给敌人创造进攻我们的机会！”

果然不出董卓所料，这个机会很快便来临！

十一月中旬某天夜晚，皓月当空，群星灿烂，由于交战双方一直处于相互对峙的紧张状态，除了各自负责戒备的哨兵外，所有士兵都被战争拖累得精疲力竭。

夜半时分，静悄悄的夜空突然出现一道长达十余丈的流星，半壁天空火光如柱，惊得边章、韩遂军营中的战马狂鸣不已，熟睡中的士兵惊醒后也被这一突如其来的奇怪现象吓得目瞪口呆，不知所措，他们以为这是战争吃败仗的不祥征兆，不愿再留在美阳打仗，都想归回旧地金城，顿时，整个羌胡军营一片骚乱，久久不能安静下来。

第二天清晨，大汉军队的探马向董卓火速报告这一紧急军情，董卓听后，欣喜若狂，正好可以利用这一天赐良机突袭边章、韩遂的部队，杀他个措手不及，彻底消灭敌人。于是，董卓立即采取紧急行动，与鲍鸿等人合兵夹击，由于羌胡军心受到影响，组织不严，大部分士兵根本没有思想和防卫准备，顷刻之间遭受沉重创击，死伤无数，董卓大获全胜，边章、韩遂败走榆中。

董卓见机会难得，便马上与周慎等人率领大军追剿逃军，由于金城是羌人的本势，势力无所不及，到处都驻有军队，而董卓等人盲目深入西羌，又犯了“穷寇勿追”的兵家大忌，在追赶过程中，遭到数万名羌人围击。

孤军深入的东汉大军完全陷入西羌部队的分割包围之中，由于后方援军无法及时赶到，不到数日，各军粮草殆尽，而围兵不仅没有丝毫减退，反而进攻更加猛烈，情势十分危急，大汉兵马只能分散突围，最终周慎等人率领的军队都被彻底击溃，只有董卓军队设计得脱。

大战结束之后，双方均是死伤惨重只能罢战，因抗击边章、韩遂有功，表现突出，董卓不久便被封为凉州刺史、台乡侯，食邑千户，西凉军也全部被董卓所统率。