见到两位都护甘冒危险冲进军营，众人士气大振，也不再想着先抢夺战利，全力与大食军交战，要尽快将他们歼灭；刘琦在营中来回奔走，又听从众将领奏报进行指挥，封堵住所有逃走之路，全军将士与大食军交战的效率也提高了些。
营中残存的大食兵顿时变得绝望起来。原本因为大唐将士边与他们交战边抢夺战利，交战时三心二意，许多人还可以从南北两面逃走，北面逃入丘陵辗转进入副营寨苟延残喘或就此逸散，南面跳进伊丽河游到对岸生还；可随着刘琦的一道道命令传出，这些漏洞都被堵死。
绝望的大食兵见再不能逃走，又知道唐军几乎不留俘虏，反而激发凶性，发疯似的与大唐将士交战，想要在临死前再拉几个垫背的。一时间唐军进展反而更慢了。
见此情形，刘琦派兵保护好粮食、军械等放置重要物品的地方后，命人在营中放起火来，要烧死仍负隅顽抗的大食兵。帐篷若能保留固然好，但若烧毁这些帐篷能让己方少死几百个兵，那也是值得的。
他这计策果然奏效。人再如何激发凶性，也不能与水火对抗。火焰围住许多大食兵，这些人或被烧死临死前发出渗人的惨叫，或在火焰烧到自己身前自刎而死。
也有许多人朝着火焰较为薄弱的冲去，冲过火焰包围。但当这些人冲出来时，往往立刻就会有十几支箭矢‘迎接’，刚刚还在躲避火焰的大食兵哪里会防备箭矢，十之**被射中，倒地身亡。
也有身穿铠甲的大食将领求饶。对于这种人，若他们自己能够冲出火焰包围唐军会接受投降，若自己不能冲出，那只能怨命不好了，唐军将士是不会冒着危险冲进去救人或者泼水灭火的。
渐渐的，随着火焰几乎覆盖整座军营，喊杀声彻底消失，就连呻吟与惨叫声也几乎听不到，满耳传来的都是火焰烧着某物的噼里啪啦之声，火光也冲上云霄，数百里之外都能瞧见。
渐渐的，天空逐渐亮起来，火焰也慢慢熄灭。刘琦命士卒重新进入营中搜检，确定此时已无活人，大食军被全歼。
确定这座营寨内已彻底没有活着的大食兵后，刘琦马不停蹄，命重新进入营中搜检的士卒回去休息，自己则带着侍卫找到李珙，换回铠甲又赶向副营寨。
他们首先派人劝降，说只要愿意投降营中一人不杀。但营中大食人岂会相信他们的话？不要说守营将领，哪怕最下层的小兵也知道唐军除将领外向来不留俘虏，对敌之残酷甚至还要超过他们大食人，哪怕李珙亲自上前劝说，又以皇帝的名义保证也不相信。
见劝降无效，李珙下令进攻。唐军首先使用投石车轰击足足一个时辰，之后才派出弓箭手掩护步军攻打营寨；与此同时，许多士卒进入山丘，堵住他们透过山丘逃走的道路。
见后路被堵住，这座营寨的大食人像主营一样，顽抗到底拼死作战。唐军强攻两日没能夺下营寨。
见此情形，而且李珙越发着急，刘琦又想出一个办法。在投石车发射的石块上包裹一层易燃之物，在投石车发射前点燃，使石块落在军营中时表面仍然处于燃烧，点燃营中物品。
这个计策果然起到了作用。军营中本就有许多易燃之物，而这座军营的清水来源又仅是一条小溪，每日得到的水只能勉强供将士饮用，根本没有多少多余的能放在缸里用于灭火，富余的水很快用光，着火石块点燃帐篷时已无法灭火。
面对这种情况，大食将领决定放弃军营，逃入丘陵中。可他刚刚组织逃走，唐军已打破寨门，骑兵杀入营中。又经过一番激烈交战，绝大多数大食兵战死，极少数人逃入丘陵，指挥的将领也战死。而这座军营被唐军夺取，也代表着谷口之战彻底结束，唐军彻底赢得此战胜利！