楊繼業領兵走後，潘美和王率軍分別在陳家谷兩旁設伏，遼軍大將耶律色珍得到消息，立刻派出副部署蕭達凜設伏，然後迎戰楊繼業，楊繼業領兵衝鋒，耶律色珍佯裝戰敗，將楊繼業引進伏圈，耶律色珍回擊，宋軍大敗，楊繼業立刻回撤，要將遼軍也引進自己的伏圈，而陳家谷一邊，王領軍從凌晨等到入夜也沒有看到楊繼業，於是派人查看，但派出的人卻未探明情況，回報遼軍大敗，王一聽就急了，心裡想不能讓楊繼業獨自領功，於是帶兵離開了陳家谷，意欲搶先報功，潘美一看王帶兵離開，怎麼也無法阻止，於是也帶著大軍沿灰河西南前進二十里，但沒多久就得到了楊繼業戰敗的消息，潘美驚覺不妙，再回陳家谷也來不及了，於是馬上帶著大軍撤退，楊繼業退守狼牙村，與敵軍激戰，然後將遼人引到了陳家谷，但向兩邊一看，不見一名宋軍，楊繼業悲痛流淚，只得咬緊牙關繼續拚殺，楊繼業雖沒有讀過書，但平日對下屬十分照顧，所以跟隨的士兵都願為他效命疆場，但遼軍人數是自己的幾倍，看著身邊的士兵一個個倒下，楊繼業心痛不已，遼軍整兵之時，楊繼業只剩下百餘名殘兵，他看著滿身是傷，但神情堅毅的士兵說道「你們都還年輕，還有父母妻兒，不要和我死在一起，遼人就要最後一攻了，你們快走吧！」
士兵們聽此落淚，均下跪道「我等為將軍麾下，豈可獨自貪生，敵寇當前，我等願與將軍一同戰死沙場，生為宋人，死為忠義，血染國土也不後退一步！」
遼軍很快再次發起猛攻，楊繼業帶著百餘人奮力拚殺，自己身受數十處刀傷，戰馬也受了重傷，但仍舊斬殺了百餘敵寇，其子楊延玉陣亡，刺史王貴用弓箭射殺數十敵軍，矢盡後用雙拳又打死幾人，但最終被殺，宋軍兵士已全部陣亡，遼軍將領蕭達凜見楊繼業還在拚殺，於是用弓箭射傷楊繼業，遼軍一擁而上，將楊繼業捆綁，楊繼業無力的仰頭歎息「楊某被同僚所忌，斷送了一千將士的性命，也將自己逼上了絕路……陛下！臣無法再報聖恩！臣今被遼賊所擒，還有何顏面活在世間！」
遼人見楊繼業尋死，馬上堵住其口，楊繼業被俘以後，遼將勸他投降，但楊繼業不答一語，絕食三天三夜而亡，年五十九歲。