慌乱的晋军很快也发现了石勒军，急忙就地展开防守，然而行军的队伍太过庞杂，很难短时期内形成有效防守阵列。王衍等人推出一名叫钱端的将领迎击石勒军，然而早无战意的军队很快失败了，钱端也当场阵亡。

晋军没有料到前军败的这么快，军心大乱，大队很快被石勒的轻骑包围。石勒的士兵虽没有晋军多，但斗志要高的多，而且采用了轻骑兵对付步兵最经典的战法。石勒军就像打猎一样围住整群的“猎物”，一边策马跑圈一边向里射箭，被包围的晋军无处可逃，在恐惧的驱使下互相践踏。晋军很快消亡殆尽，十几万大军就这样仓促的灰飞烟灭，伴随而逝的是司马氏重整中原河山的希望。

王衍、司马范等人被俘虏，石勒羞辱了他们一番后，随后矫情地派人偷偷坑杀了这些原来朝廷上的大人物。从洛阳撤离的队伍运气也相当差，迎头遭遇了石勒军，西晋剩余的宗室诸王在此役中也先后被杀，否则论皇室血缘亲疏，轮不到连司马昭五弟司马伷的孙子司马睿来称帝。

宁平城之战的失败带来的后果及其严重，此战晋军主力全军覆没，留守洛阳的兵马不足三万人，基本属于老弱病残，洛阳彻底失去抵抗力量，先前刘汉军数攻不下的洛阳此时瓜熟蒂落。洛阳陷落后整个北方的西晋势力落入各自为战的境地，先后被刘汉军攻灭。此战同时也暴露了匈奴军队的野蛮残忍，据史料记载这是有史以来第一次也是仅有的一次在缴获大量辎重粮草的情况下大规模以人肉做为军粮的例子，石勒的军队在战利品堆积如山的情况下大规模的杀害战俘并吃人，行为令人发指。

此战过后以琅琊王司马睿为首的晋朝宗室开始南迁，在江南地区建立东晋王朝，这就是历史上著名的衣冠南渡，司马睿是为晋元帝。尽管南方司马睿政权内部支离破碎，但是刘汉内部也不是铁板一块，外部满是大大小小的流民势力和西晋残余抵抗势力。北方胡人政权不能全力对付南方的汉人，南朝政权也无力收复北方。中国自此进入了持续近三百年的南北对峙大分裂大动荡时期。

十万晋军被两万匈奴军全歼，太尉王衍是有多猪头