当姚兴得知姚平被困柴壁后，亲自率领四万七千人进行救援，并打算经过汾水渡口运粮支援姚平。
拓跋珪命人增筑重围，而魏将安同则说道：“汾水东面有一处叫蒙坑，共长三百多里，沿途没有小路进入。姚兴到来肯定会由汾水西岸直接至柴壁，这样敌人内外声势相应，再坚固的围城工事也挡不住。不如制作浮桥西渡汾水，并在西岸筑围拒守，敌人来后就无计可施了。”
于是，拓跋珪接受了这个策略，并下令执行。
在姚兴率军抵达蒲阪后，因为忌惮魏军的强大，于是拖了很久才下令继续进军。
姚兴如安同所预计——被逼得沿着蒙坑进军。
于是，拓跋珪率领三万步骑在蒙坑以南进攻秦军，成功杀死一千多人。
姚兴退兵四十多里，姚平也不等姚兴率军接近，立马就选择了突围。
随后，魏军分据险要位置，严防秦军接近柴壁。
虽然屯于汾西的姚兴试图用一束束柏木破坏魏军的浮桥，但都被北魏兵钩取了，因此没有成效。
至十月，姚平的军队弹尽粮绝，便率众集中向西南方突围。
姚兴也列兵于汾水以西，并举起烽火，擂鼓以作响应。
不过姚兴想要姚平尽力突围，姚平却希望姚兴能够逼退围城的北魏军，以作接应。
于是，两者都无法突破重围。
最终，姚平突围失败，无奈之下只能投水自尽。
拓跋珪则派遣水性好的人前去捕捉他们，最后都将尸体一一捞起了，其余像狄伯支、唐小方等四十多名将领及城内二万多名士兵都被擒获。
姚兴始终无计可施，坐视柴壁失守，全军都哀伤痛哭，声震山谷。
之后，姚兴多次遣使求和，却都被北魏方面给拒绝了。
拓跋珪更是一度乘胜进攻蒲阪，因守城的姚绪固守不战，以及北方的柔然入侵北魏，最终战事才以北魏的退军作为了结。
此战，北魏大胜，从而阻止了后秦东扩的势头。
之后，后秦再也没有主动与北魏作战，更于407年选择与北魏修好。
最终，北魏送还了唐小方等一众将领，而后秦也送还了贺狄干。
不过此番修好却被赫连勃勃所利用，趁机杀死没弈干并背叛后秦，其建立的夏国一直侵扰后秦的岭北及关陇领地。