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然而，西面长安方向竟也同样响起战号之声。
“援军到了！”已萌死心的韩遂突然发狂般地指着西方，大声喊了起来。
驻扎在大散关的杨秋部、驻扎扶风郡的梁兴部，奉韩遂之命增援潼关。两部兵马在鹞县汇合后，终在韩遂九死一生之际赶到潼关。
马超军原本通过血战逐渐赢得了战役的主动权，但这主动权却在敌援军赶到后转瞬即没。
尽管马超悍勇难挡，尽管马超麾下部曲尽皆英勇善战，但败局却已无可挽回。重新恢复士气的敌军爆发出惊人的战力，让马超军地歼敌企图根本无法实现。不多时，曹操大军和杨秋、粱兴两部西凉军便迅速切入战场。马超、庞德抵抗了一阵后，还是无奈地接受了寡不敌众的命运。马超拼死突破韩遂军阻拦。与庞德汇合一处。随即，马、庞二人率领残余部曲向西南败退下去。
杨秋、梁兴因顾忌马超的威名，也未敢贸然追击，遂领军与韩遂残部汇合。而另一方面，曹操大军急行至潼关，虽成功地击退马超，但体力消耗极剧，也已无力追击……
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至此。惨烈至极的潼关之战终告结束。
潼关这一战中，曹操、马超、韩遂三方共投入兵力逾20万之众，伤亡亦达到骇人的10万人。
从表面看来，曹操和韩遂是最后的胜利者。但这一战中，韩遂折损兵力超4万人（有近一半是在夏侯渊赶到前造成的），已彻底伤筋动骨，最强悍的精骑战力也被马超的铁骑几近碾得粉碎。十年八年内，韩遂再也无力兴起大规模的战事了。可以说，这一战对韩遂是胜而非胜，日后能否稳固住西凉还是个疑问。相比较而言。曹操虽然也折损近两万之众。但却以这一战彻底瓦解了西凉对威胁。当然，真正说来，曹操的损失也不止这些——马超横扫雍、司二州期间。曹军的损失也不下5万人，而且更是延误了曹操平定河北的好时机。
至于马超，则成为最大的失败者——父亲身死，在武威的亲族生死不知。赖以纵横西疆的铁骑大军，最后居然只剩下了不到15000人。
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失魂落魄的马超领军一路西退，意欲返回凉州再整旗鼓，但行至大散关时，就被留守的韩遂军彻底阻住。疲惫不堪、士气低落的铁骑面对坚壁死守的雄关也是一筹莫展，而曹、韩联军在稍事休整后，便迅速尾随追击而来。
不得已之下。马超问计于法正。三军混战之时，法正一直被马超派遣得百余铁骑保护在旁躲避，并未真正接战，也因此逃过一劫。马超撤退之时，也没忘了带上法正。
法正早已为马超想好了退路——向西，大散关挡路，退往西凉已无可能。而且即便能够回到西凉，面对曹、韩联军也绝对无力抵抗下去。向东，曹、韩联军正在追击而来。更是不现实。在北面是黄河的情况下，惟一地出路其实只有南下，走子午谷退向汉中，而后寻机西进夺取汉中，或是东向夺取上庸，作为安身立命、乃至复仇地根本。
与马岱、马休、马铁及庞德等人商议之后，马超无奈地接受了法正的提议，迅速领军南下，直奔子午谷。
十二月二十一，待曹、韩联军追至子午谷口时，马超军已踪迹全无，只余有被堵死的谷道。无奈之下，曹操、韩遂只得放弃追击。随即，两人领军返回长安。