此时刘武周的兵力只有不足五万，刘弘基想走仍有突围的机会。但他寄希望孙葳的后续部队还会抵达，仍坚守不走。
朗飞日，刘武周命令所部攻城。是夜，刘武周手下大将卫文升率万余人突入洛阳西城。刘弘基亲率二万余洛阳城预备役，与之交战。天亮时分，将其赶出城外。
第二天，刘武周亲自压阵督战，又命卫文升所部攻入洛阳西城。刘弘基一边指挥预备役官兵抵抗，一边寻找敌军的破绽。待他现刘武周正在西城门督战时。破釜沉舟亲率三百余骑兵，从主干道直扑刘武周的本阵。卫文升所部一时不防，被他们突入身后。等刘武周的亲兵现这部敌军骑兵抵近时。刘弘基距离刘武周的本阵只有不到五百
。
刘武周惊得目瞪口呆()。差点拔刀自尽。幸亏副官宋金网等人舍命相救，才把他抢出城外。刘武周败出城外，卫文升所部也随之败退出城。
两日作战，刘武周清点损伤，现所部竟然伤亡了一万余人，主力卫文升所部几乎被打残，不能再战。刘武周很清楚，洛阳城中所有北军主力都已撤走，只留有预备役。在得知这一战损报告时，刘武周呆楞了半天说不出话来。
卫文升所部乃是原第五军团一部改编而成，曾是汉军中的绝对主力。刘弘基能用一帮治安性质的民兵，打败久经战阵的汉军精锐。对此，刘武周不知道是该怪自己用兵不慎，还是该怪刘弘基用兵如神。此后，刘武周再也没有攻城，只是包围了洛阳的北城和西城。
直到８月飞日，杨素所部前锋部队抵达洛阳城下时。刘弘基明白自己的使命已经完成，不会再有孙晨的部队北撤回来了。直到这时，他才考虑自己的后路。虽然可以继续坚守洛阳城，但他放弃了这个想法。前几日的攻城战，洛阳西城遭到了极大的破坏，无辜百姓也伤亡了数万。他不愿意因战事再牵连城中的百姓，于是下令突围。
蝴出卓凌晨，刘弘基带领着剩余的两万余人马，出洛阳东城，准备趁着黑夜突出包围。不过。新来的杨素所部前锋里有数千骑兵。刘弘基所部刚刚出城便被现。随后遭到了这部南军骑兵的袭扰和堵截。刘弘基等人虽然奋力突围。但随着蜂拥而至的南军步军到达，败局已定。在距离天亮还有二个小时。这场围歼战结束了。
战后，刘武周还想找到刘弘基的尸。他想亲眼看看。这位把自己逼得狼狈不堪的洛阳守军主将是长得是何等模样。不过，他的愿望没能实现。围歼战后期，战场上一片混乱，谁也没有注意到刘弘基是战死在什么地方
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