由于沙州孤悬于外，城中缺乏粮秣和关键的火药，而准噶尔军却在攻略伊犁河谷、喀什及费尔干纳一带以后，装备起了颇有规模的轻型火炮部队，在火力上反而占据优势。
守城战的形势相当危急，即便张国武动员了一批沙州土著豪族助战，在兵力上还处于极大的劣势之中。
为了扭转局势，特别是摧毁准军的火炮，他决定亲自出城，带领一批精锐选锋，携带锤子、铁钉等工具，趁夜袭营，捣毁准部火炮。
当时张国武的左右都尉，都劝说他沙州城中人心不附大顺，一旦将军亲自出城，城内守军无人主持，土著豪族很可能趁机起兵作乱，开城迎接准部，如此则大事去矣，不如留在城中，勉力防守，等待援军来救。
但张国武坚持认为沙州城小，兵力单薄，缺衣少食，准部又装备有一批火炮。现在是因为顺军将士守城防御较有成效，体现出了相当的战斗力，张国武和城中豪族神前盟誓，才能暂时稳定民心。
一旦守城战发展到更为艰难的后半段，这些和张国武神前盟誓的土著豪族们，随时都有可能翻脸不认人，杀掉城内的汉人将士后开城投降。
所以必须趁着守军士气军心尚在时，出城逆袭，起到扭转乾坤的作用。
而且张国武认为准部兵马规模甚大，还携带了大量大车、帐篷、牛羊和妇孺老弱，显然是举族迁徙，营中纪律一定很差，夜袭必有奇效。
准部大将车臣又自恃兵力强大，一定认为城中守军不敢出城逆袭，绝无过于严密的防备，此时出战，必定收得奇效。
张国武下定决定以后，即在全城招募了汉回蒙各族精锐选锋四百人，准备于当夜打开城门出战。
但是傍晚时便有同张国武熟络的当地商人，向他密告有知情者悄悄出城，要把顺军今晚将要夜袭准部、摧毁其火炮的消息透露给了蒙古人。
张国武闻讯以后，当机立断，决定改变计划，立刻在傍晚时便出城袭击。他认为准部即便此时获得消息，也一定还没有改变兵力的部署，一定没有做好应对奇袭的准备。
机不可失时不再来，张国武立即携带选锋数百人打开城门，在太阳落山的那刻便对着准部大营发动了突然袭击。
这一逆袭收效奇佳，车臣刚刚获得了顺军将要夜袭的消息，正在半信半疑间调整大军的部署，军队尚处在调动期间的混乱中时，便突然遭到顺军攻击，准军将士多无所适从，顿时大溃。
张国武亲自突击，左冲右驰，成功带队杀入准军炮营，将其携带的众多轻型火炮纷纷用锤子、铁钉钉死以后，又全力突围，安全返回沙州城中。
经此一战，沙州守军士气大振，那些原来还在观望的土著豪族，也开始大力支持守军。准军则由于火炮被顺军摧毁了三分之一，士气低落，再无强攻之意，只能改为长期围困。
为了长期围困沙州城，车臣不得不命令其大军各帐，除留下必要兵力围城以后，其他妇孺老弱和大批牛羊，则在一部分军队的保护下前往哈密周边各地游牧。
这便给了出关西行远征，全力救援沙州、哈密二城的李懋亨以绝佳的反击机会。
李懋亨出嘉峪关后，先前往瓜州。他发现准噶尔部联军攻破瓜州城后，并没有占据这座城市，只是大肆劫掠，毁坏城墙以后，便撤离瓜州继续寻找草场游牧了。
准部的这种做法，让李懋亨看出了他们的弱点。
准军不能维持对城市地区的稳定统治，他们在伊犁和喀什一带，也只是依靠军事力量，压迫当地的绿洲城市，迫使土著豪族进贡而已，并不能建立起自己的行政系统来，这一点就还不如依靠雪区僧侣建立行政力量的和硕特汗国了。
如此，只要大顺军能够对准部的军事力量，实施强力打击，那么准部后方的各个绿洲城市，肯定就会趁机脱离其控制。
李懋亨收复瓜州以后，很快就从当地人口中获悉了准军强攻沙州失利以后，分散兵力在哈密各地游牧的消息。
他喜出望外，一面是对沙州坚守了这么久的喜悦，一面是对准部自行分散兵力的欢呼。
李懋亨知道战机只有一次，所以他立即下令全军遮蔽道路，断绝消息，绝不能使准军获得顺军主力已经出关救援沙州的消息。
为了掩人耳目，李懋亨决定不率领大军出击，仅仅带领二千名精锐的士兵，离开瓜州，直扑沙州准部大营解围。
他轻装简行，目的在于不被准噶尔人发现自己的行踪。为此李懋亨又昼伏夜出，保证全军行军的隐蔽性，花费几天时间后即冲到了沙州外围。
此时车臣刚刚得知瓜州被顺军收复的消息，根本不知道顺军精兵其实就在自己大军的东面沙丘驻扎。
他闻讯以后，下令分散哈密各地游牧的诸部向沙州猬集起来，并准备军队聚集后，就离开沙州，东进到瓜州同顺军主力决战。
然而李懋亨没有给他这个机会，顺军隐蔽在沙丘后方稍作休息以后，便乘夜绕道出山背向准噶尔军逼近，黎明时李懋亨亲自督兵从山上突下，突袭准噶尔军营地。
准噶尔军人不及甲，马不就鞍，仓皇向西南溃逃。大顺军急速追赶上来，城中守军见状，也大开城门，全军出城配合援军作战，激战二日屡获捷报。继追至金山北麓，该地右阻山，左逼水，道路狭窄，大军不易通行。
大顺军趁准噶尔军慌乱之际，设伏兵于山侧，又遣一部背水列阵，诱其往攻。旋佯败，弃甲沿河而走，待准噶尔军进入谷地，伏兵突起冲杀。准噶尔军顿时大乱，被击杀上千人，其余欲渡河逃生者又被对岸顺军击于半渡，溺死甚众。
车臣率残部乘夜拼死突围，尽弃辎重牲畜塞满山谷，迟滞顺军前进。他沿途试图召集此前被分散前往各地游牧的残部大军，再行反抗。
但此时李懋亨也陆续指挥屯守瓜州的顺军援兵跟了上来，大顺军又派偏师北上解围哈密，同康大眼部汇合以后，进击至吐鲁番火州。
当地回王早已不堪忍受准噶尔部的大肆洗劫和对商路的破坏，起兵迎接顺军，双方联手，在赤石山打败了僧格浑台吉派来救援车臣的援兵。
车臣本人则在金山南北麓反复逆击不成以后，被李懋亨追斩于当金山口，首级传送兰州。
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