这支清军不管在数量上还是在兵员素质上与大西军相比，各方面都略胜一筹，这也是尼堪为什么对此次出征显露的信心满满。
李定国深知这支清军实力不可小视，故放弃长沙，引诱清军渡过湘江，在衡山这块地方将其合围歼之。随即他做了如下部署，命冯双礼、马进忠部埋伏白杲市，待清军过衡山，李定国亲率军队从正面对清军发起进攻，他俩从清军背后发起突击，是这支清军腹背受敌，从而被一举歼灭。
十一月十九日，正值深秋，天气已渐凉，没有了六七月的酷热，对来自北方八旗军来说是一个好的节气。尼堪等人行至衡州，一路上并没有遇到多少像样的抵抗，此时的尼堪和这支清军开始产生了骄气，貌似李定国等大西军也不过如此，之所以孔有德战败，一是因为他的大意，中了李定国的分兵之计，对其实力的预估不足；第二，孔有德所率领的汉军自然是没有自己这支满洲八旗军的实力强悍。接着尼堪与大西军分别战至城北香草庵、草街，大西军皆以退却诱敌，这里的大西军为配合李定国的伏击战术，一直退至衡山附近。二十四日，李定国看时机成熟，亲率士兵与之交战，伪装失败，尼堪不知是计，大喜，命令全军出击，誓要一举消灭湖南这支大西军。不料，刚没有高兴一会儿，只见四周枪炮声响起，随后喊*声接踵而至，大批大西军从四面*来，一时间的尼堪慌了神，大惊中计了。毕竟尼堪是百战名将，一时惊慌，很快就镇定下来，他迅速调整好队形找到一个薄弱点发起攻击，试图冲破包围圈。李定国那会给他机会，一看他有逃跑的迹象，他命他的秘密武器投入战斗，李定国派出了数十头战象围堵尼堪逃跑路线，虽然这支清军身经百战，但也没有见过骑着大象的大西军，顿时慌成一团，自相踩踏，受伤这甚重。此时的李定国冷冷看着战场的变换，一个身影从他眼前划过，他灵机一看，那不就是尼堪嘛，为了在此确认，他命令士兵朝他放箭，只见周围的清军拼死护住他，再来就看到一名手持旌旗的清军，旗帜上绣有一个大红色的尼字，李定国更加确认此人定是尼堪，他一马当先，冲入阵中，大声喝道：“尼堪老贼，休想逃跑，纳命来”，说时迟那时快，李定国挥起大刀，一下子朝尼堪劈*过去，尼堪怎么也想不到，自己就这也被李定国一刀给劈死了。清军见主帅已阵亡，军心大乱，溃败数十里，死伤者众多。但是大西军这边也并没有对这支清军完成合围，部分清军还是冲破包围圈退往长沙，之所以没有全歼这支清军，是因为南明内部争斗不休，乃是孙可望不想让李定国立功，暗地里指使冯双礼退出伏击，而马进忠见状，害怕李定国不是清军的对手也撤离了战场，才让这支清军侥幸逃脱。
但是不得不说，桂林、衡州两次大捷震惊天下，使得当时的清廷慑于李定国的声威，打算放弃西南各省与李定国平分天下讲和，由此可见李定国是何等神勇，几乎是以一人之力来对抗整个清廷。以至于当时的清朝皇帝福临哀叹道：“我朝用兵，从无此失”。亦有中国思想启蒙之父的黄宗羲赞道：“逮夫李定国桂林、衡阳之战，两蹶名王，天下震动。此万历戊午以来全盛天下所不能有”。
