当天下午，陈庆之率领白袍军，向荥阳发起猛攻。杨昱以为白袍军“自不量力”，根本没放在心上，只派了一万士兵防守城墙。可他没想到，白袍军士兵个个如猛虎下山，拼命冲锋。
白袍军士兵用云梯爬上城墙，与北魏守军展开激烈的巷战。杨昱见状，急忙派更多的士兵去支援，可白袍军士兵越打越勇，北魏守军根本抵挡不住。陈庆之亲自率军冲进荥阳城内，斩杀了北魏守军的将领，北魏守军顿时溃逃。
傍晚时分，白袍军攻克荥阳，俘虏了杨昱。
就在白袍军攻克荥阳的当天晚上，元天穆、尔朱吐没儿率领的二十万北魏援军抵达了荥阳城外。
将领们急忙来找陈庆之：“将军，北魏二十万援军已到，我军疲惫，恐难抵挡，不如趁夜撤出荥阳，再做打算。”
陈庆之却异常冷静，他说：“北魏援军虽多，但刚到城下，立足未稳，而且他们不知道荥阳已被我军攻克，必然轻敌。我们若趁此时机，主动出击，必能击溃敌军。”
将领们都很惊讶：“将军，我军只有七千，敌军有二十万，主动出击，会不会太冒险？”
陈庆之说：“兵不在多，在精；将不在勇，在谋。北魏援军长途奔袭，士兵们早已疲惫，而且他们以为我军会坚守荥阳，不会主动出击，这正是我们的机会。”
随后，陈庆之挑选了三千精锐白袍军士兵，组成“敢死队”，自己亲自率领，打开荥阳城门，主动向北魏援军发起进攻。
元天穆、尔朱吐没儿见只有三千白袍军出城，顿时哈哈大笑：“陈庆之真是疯了，三千人也敢来进攻我二十万大军！”他们立刻下令：“全军出击，活捉陈庆之！”
北魏援军士兵们蜂拥而上，可他们没想到，白袍军士兵个个英勇善战，尤其是陈庆之，手持宝剑，在乱军中指挥调度，白袍军士兵们在他的指挥下，组成了一个“锥形阵”，如一把尖刀，直插北魏援军的中军。
北魏援军士兵们根本抵挡不住白袍军的进攻，纷纷溃逃。元天穆、尔朱吐没儿见势不妙，只好率领残部，狼狈逃窜。
这一战，白袍军斩杀北魏援军一万余人，缴获了大量的粮草、兵器和马匹，彻底击溃了北魏的二十万援军。
击溃元天穆的援军后，陈庆之率领白袍军，回头攻打虎牢关。尔朱世隆得知元天穆的二十万援军被击溃，吓得魂飞魄散，根本不敢抵抗，连夜放弃虎牢关，逃往洛阳。
白袍军不费一兵一卒，占领了虎牢关。
随后，陈庆之率领白袍军，继续北上，向洛阳进发。一路上，北魏的城池守军听说“白袍军来了”，纷纷打开城门，投降陈庆之。公元529年五月，陈庆之率领七千白袍军，护送元颢，顺利抵达洛阳。
洛阳是北魏的都城，元颢在洛阳登基称帝，任命陈庆之为“侍中、车骑大将军、左光禄大夫”，封“永兴县侯”，食邑一千五百户。
此时，陈庆之率领的七千白袍军，已经先后攻克了北魏的三十二座城池，斩杀北魏军数十万人，“白袍军”的威名传遍了整个北方，民间流传着“名师大将莫自牢，千兵万马避白袍”的童谣——这是中国古代军事史上，最传奇的“以少胜多”案例之一。
元颢登基称帝后，逐渐沉迷于权力，不再听从陈庆之的建议。他觉得自己已经是北魏的皇帝，不需要再依靠梁朝，也不需要再依靠陈庆之的白袍军。他不仅拒绝了陈庆之“请求梁朝派遣援军”的建议，还把北魏的降兵收归己有，肆意挥霍粮草，甚至听信宠臣的谗言，怀疑陈庆之“有不臣之心”，开始削减白袍军的兵力，把白袍军的精锐调归自己指挥。
陈庆之多次劝谏元颢：“陛下刚登基，根基未稳，尔朱荣手握重兵，必然会来攻打洛阳。我们应当整顿军备，团结各方力量，同时向梁朝请求援军，才能保住洛阳。若陛下继续如此，洛阳必失。”
可元颢根本听不进去，他对陈庆之说：“朕乃北魏皇帝，尔朱荣不过一乱臣贼子，何足惧哉？庆之，你只需管好你的白袍军，不必干涉朕的朝政。”
陈庆之见元颢如此固执，心里很是担忧，他知道，洛阳的危机，已经不远了。
果然，公元529年七月，尔朱荣在镇压了北魏境内的其他叛乱后，率领三十万大军，南下攻打洛阳。尔朱荣的大军号称“百万”，一路上所向披靡，很快就抵达了洛阳城外。
此时，洛阳城内的兵力，除了陈庆之的七千白袍军（已被元颢削减到五千），还有元颢收编的三万北魏降兵。可这些降兵根本无心作战，见尔朱荣的大军到来，纷纷倒戈。
陈庆之率领五千白袍军，在洛阳城外的邙山，与尔朱荣的三十万大军展开激战。白袍军士兵个个英勇善战，多次击退尔朱荣的进攻，可毕竟兵力悬殊，再加上元颢的降兵倒戈，白袍军逐渐陷入困境。
陈庆之知道，洛阳已经不可守，若继续坚守，白袍军必然全军覆没。于是，他决定率领残部，撤出洛阳，返回梁朝。
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