几日后，慕容延钊令李处耘留守桓州，自领所有军队逼近金山。耶律挞烈部则配合周军，在金山西侧与周军形成犄角之势，对阵东丹军队。
近十五万周军北上，加上十万西辽军队，声势浩大，东丹内部的统治阶级也出现了动摇与分裂。耶律贤很清楚，与高丽对阵的一场小胜，还不足以将东丹从危局中拯救出来，他需要击败大周或西辽任意一方势力，才能彻底化解此次危机，。
慕容延钊并没有给耶律贤这个机会，他命令周军主力进通辽河以东，一举便击溃了耶律贤的囤兵，占据了金山以西之地，相当于两军已对阵在彼此眼前。
此时，慕容延钊还不急于出兵，他再次遣人赴耶律贤大营，宣示柴宗训招谕，想劝得耶律贤出降，奈何并未得到其正面回应。
耶律贤自恃为辽世宗耶律阮血脉，人马众多，辎重富盛，绝不愿屈服于大周与西辽，亦不会向两国投降。
不过，耶律贤还是以献马为名，派人至周军营中欲探听虚实，且听回来的人禀告说，周军营中摆放着许多黑漆漆的重型武器，不知有何用处。
未待耶律贤作出反应，慕容延钊见他并无半分投降之意，便命大军自金山向女真苦屯进攻，逐步逼近耶律贤大营。
后晋北平王高信韬之子、东丹南院枢密院事高勋在周军压境的紧要关头，内心愈加动摇。高勋本就是汉人，自不像其他契丹族人一般一心忠于耶律贤。没几日，他瞅准时机，带领所部人马毅然脱离耶律贤，投降了大周。
高勋的投降，对于耶律贤而言是一个重大的打击，这证明他已被大周与西辽逼至绝境，只能选择主动归附或殊死一战。
在大军压境，几乎众叛亲离的情况下，耶律贤选择在伊通河一带与大周、西辽决战。
慕容延钊与耶律挞烈也选择倾巢出动，正面迎击东丹军。周军将神武大将军列于阵前，一轮炮轰过后，东丹骑兵先锋折损大半。慕容延钊一举斩断了东丹军实力最强之双翼，剩下的步兵已不足为惧。
耶律贤终于见到了那个所谓的“黑漆漆的武器”，不料竟是大周研制的火炮，只见那火炮威力惊人，一炮打过来，几乎能炸倒一大片东丹军，且一打一个准，令其不得不选择避其锋芒，将大军分作几路进攻。
殊不知，此举正中慕容延钊下怀，他指挥周军骑兵阶梯式进攻，绞杀了不少敌军。耶律挞烈见状也有样学样，破敌数万。
双方激战了一日后，以大周西辽大胜结束。耶律贤所部近十五万人马或死，或被俘，其本人也被斩杀于阵前，享年二十有六，建国不过数年的东丹就此亡国。
柴宗训在修史之时，为耶律贤定谥号为“顺”皇帝，算是总结了他的一生。
大周与西辽尽得东丹所辖百姓二十余万人，羊马驴驼辎重亘百余里。
一同被俘的东丹官吏、将校多达3000余人，包括原属西辽许多地方机构的重要官员与将校。这一事实表明，东丹建国后，确实有相当一部分西辽将吏进入东北，集于耶律贤麾下，致使其势力急遽膨胀。
此一战，不仅为大周统一东北地区清除了重大障碍，也是从总体上对契丹族势力的一个沉重打击。
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