沙苑大戰，是東西魏對峙時期一場至關重要的戰役，即便放在整個中國歷史的大背景下審視，此戰也具有極深遠的意義。我們若做個不負責任的假設，把當時的勝方與敗方對調一下，則不僅南北朝的進程將被完全改變，數十年後開啟的隋唐盛世也將不復存在。歷史如果可以重來一次的話，不知身為當事人的高歡與宇文泰，會作什麼感想。
宇文泰雖然在小關擊殺了高歡的大將竇泰，卻奈何不了天氣的異常。前一年的大饑荒非但沒有停息，反而更加猛烈地在北方蔓延。西魏的關中地區繼續大片乾旱，東魏的山西各州也出現了類似的災情。幸運的是，東魏的損失遠比西魏要小，相較於西魏的全國受災，東魏只是局部受災。災區的百姓流入非災區的山東、河北、河南等地，客觀上舒緩了饑荒的規模；同時，東魏的糧食儲備充足，高歡下令開倉賑災，終於有效控制住了災情。
關中就沒有如此好事了，老百姓的死亡率達到了可怕的七成以上，換言之，一個五口之家，平均只能存活一到兩人。西魏的軍糧供應，也開始告急。
宇文泰為此憂心忡忡，苦思對策。尚書直事郎中宇文深提醒他，乘著士兵還有戰鬥力，出關攻下東魏的弘農（也叫恆農，北魏避獻文帝拓跋弘的名諱而改，位於今河南三門峽西），奪取當地的糧倉，既解決軍糧的問題，又先發制人，防備高歡落井下石。
宇文深是宇文泰的族子，頗通韜略，常與宇文泰不謀而合。宇文泰立即採納了他的建議，為了殊死一搏，西魏幾乎調動了全部精銳。
大統三年（公元537年）八月，宇文泰率領關中的十二位將軍，兵力約一萬（可見西魏受災後的慘狀），討伐東魏。這十二位將軍，按照《周書》上的排位，依次是：李弼、獨孤信、梁御、趙貴、於謹、若干惠、怡峰、劉亮、王德、侯莫陳崇、李遠、達奚武。
十二人大致可分為三類：李弼、獨孤信、趙貴、於謹、侯莫陳崇五人，是大統十六年西魏六大柱國的二到六位；梁御、若干惠、怡峰、劉亮、王德五人，地位與六大柱國相當，可惜死得比較早，沒能排入柱國的名單；李遠和達奚武的地位稍低（前面十位基本上都有車騎大將軍以上的職務），日後列位六大柱國督統的十二大將軍。
宇文泰的治兵原則，是由諸位將軍節制部眾士卒，分統各軍，戰爭時彼此獨立，又相互配合，最大限度地發揮士兵的戰鬥力。這種看似鬆散的組織形式，借鑒於鮮卑遊牧部落的兵制，又有所改進，是將來西魏府兵制的雛形。
宇文泰在潼關誓師，以於謹為前鋒，死中求生，勢如破竹，先攻下潼關以東的盤豆（今河南陽平西北），繼而拿下弘農，生擒了東魏的陝州刺史（東魏陝州治所在弘農）李徽伯，俘虜八千守兵，附近的東魏郡縣紛紛歸附。在弘農糧倉，西魏將士得到了久違的軍糧。
弘農失守的消息讓晉陽的高歡坐不住了，不到一年，舊恨未除，又添新仇。而此時的他，正與行台郎中杜弼糾纏於懲辦貪污的問題。
東魏官員大量貪污，是北魏末年遺留下的老問題。高歡認為，天下三分，西有宇文泰，南有蕭衍，若嚴以治官，武官去了關中，文官逃往梁國，東魏就留不住人才了，當務之急，是消滅敵人，而非整治內部（這一見識，就比宇文泰要差不少了）。高歡準備出兵，杜弼執拗地要求先除掉掠奪百姓的「內賊」，高歡不作回應，命令手下軍士左右排開，張弓搭箭，高舉刀斧，讓杜弼從下面經過。杜弼嚇得汗流浹背，哆嗦不已。
高歡輕蔑地看一眼杜弼，緩緩說道：「搭箭而不射，刀舉而不落，這樣你都失魂喪膽。各位將領東征西討，九死一生，即便有貪污的行為，畢竟貢獻更大，豈可隨意處治？」
高歡的話鎮住了杜弼，卻簡直是強詞奪理。這就相當於說，一個人如果殺了三個壞人，那麼他再殺兩個好人也是值得讚揚的！高歡的這套理論，一直貫穿於東魏-北齊治國理念之中，可想而知，會是個什麼結局。
高歡說服杜弼，便親點十幾萬大軍，南下蒲津（即蒲阪以西的黃河渡口），擺出渡河架勢，又命高敖曹領兵三萬出洛陽，圍攻弘農。他的策略很明確，宇文泰若守，就把你堵死在弘農，若退，則正好半路截殺，叫你一個都回不到關中。
風聲傳來，宇文泰心知不可久留。他命將士裝備足夠的糧草，主力撤出弘農，火速入關。西魏軍剛離開，高敖曹的軍隊就將弘農團團包圍。
史書浩如煙海，卻時常會有莫名其妙的疏漏，比如宇文泰留下守弘農的這位將領的姓名，從《周書》、《北齊書》到《北史》，都不見記載。此人不會是十二將領之一，但也不該是名不見經傳的小輩，因為他守弘農守得相當不賴，在人數絕對劣勢的情況下，沒讓高敖曹佔到任何便宜。高敖曹只好採取圍而不打的策略，切斷了西魏軍的糧道。
形勢朝有利於東魏的方向發展，高歡手下有兩種意見：一種以右長史薛琡為代表，強調以靜制動，認為西魏軍的糧草維持不了很久，東魏軍無須渡河，只要臨河觀望，捱到來年，必能困死宇文泰；另一種以侯景為代表，認為東魏軍人數佔優，沒必要全軍而進，可以分為兩軍，前後行動，以便接應。前者明顯是文人的觀點，意欲坐收其利，但夜長夢多，高歡哪裡等得了那麼久？後者是武夫的觀點，把軍隊分一部分給侯景這樣的人統領，高歡也不放心。
高歡認準了勝利近在眼前，他下令從蒲津急渡黃河，搶在宇文泰之前進入關中。
黃河西岸是老將王羆守衛的華州（治所馮翊，今陝西大荔）。王羆自孝文帝時代就鎮守關中，孝武帝西遷後，他對西魏政權忠心耿耿，且勇猛無比，多次擊退東魏的進攻。宇文泰派使者給王羆報信，要他小心提防。
王羆回復了一句話：「老羆當道臥，貉子哪得過！」借名發揮，把高歡和他的十萬大軍比作貉子，這是何等的氣魄。
高歡大軍來到馮翊城下，陣前喊話：「王老將軍，宇文黑獺將敗，何不早降？」
王羆站在城頭，大吼道：「此城便是王羆的墓塚，我生死不離。想死的請過來！」
華州畢竟不是高歡的目標，攻之無益，這塊硬骨頭還是放到以後再啃。東魏軍繞過馮翊城，又涉過洛水，屯兵許原以西（今陝西大荔西南）。
宇文泰此時才到達渭水南岸，緊急徵召各州士兵，一時半會還聚不起來。兩軍兵力相差懸殊，西魏眾將建議按兵不動，宇文泰說：「若讓高歡進軍長安，則情勢大亂；現在他遠道而來，立足未穩，此乃天要亡他，正可打他個措手不及。」說罷，西魏軍造起浮橋，數千名輕騎兵每人帶上三天的糧食，北渡渭水，輜重留在南岸，由老弱殘兵押送，向西跟進。
十月，宇文泰到達北岸的沙苑（今陝西大荔南），探馬來報，西北六十里便是東魏軍大營。大家的神經頓時緊張起來，忽見宇文深一個人哈哈大笑，舉雙手向宇文泰道賀。
宇文泰不解，問他何故發笑。宇文深答道：「高歡在河北，深得人心；他若是老實呆著，消滅他並不容易。如今孤軍渡河，深入我們的地盤，他的士兵恐怕也有所不願吧。究其原因，高歡是要報竇泰被殺之仇，剛愎自用，含憤前來，這叫『忿兵』，一戰可擒。道理再明白不過，為何不道賀呢？」
宇文泰大喜，下令各軍整裝迎敵。第二天清晨，高歡探知西魏軍的位置，大軍從許原浩浩蕩盪開來。李弼向宇文泰獻計：「敵眾我寡，不可平地列陣。沙苑以東十里有一處渭水拐彎處，俗稱渭曲，三面環水，蘆葦叢生，我軍可先埋伏在那裡，以待高歡。」
宇文泰依計而行，移軍渭曲（所以此戰也叫渭曲之戰），並分出東、西兩翼，李弼指揮西翼方陣，趙貴指揮東翼方陣，背水伏下口袋陣，相約以鼓聲為號令。
傍晚時分，東魏大軍來到渭曲。都督斛律羌舉說：「蘆葦叢深泥濘，不利於我軍作戰，不如遠遠相持，分撥精銳騎兵偷襲長安，端掉宇文黑獺的老巢，叫他不戰而敗。」
斛律羌舉的主意很毒，然而高歡一心報仇，並未發表意見。他望著蘆葦叢若有所思：「放把火燒死敵軍，怎麼樣？」
侯景不同意：「應當生擒宇文黑獺以告天下，一把火燒了，無法分辨屍體，誰會相信！」（還沒打就想著認屍的事了，東魏軍中一片樂觀情緒）
鎮兵出身的都督彭樂盛氣凌人，請纓決戰道：「我眾敵寡，一百個抓他一個，還怕打不贏？！」
高歡深受鼓動，便以全軍猛攻渭曲，孰料一頭就撞進了西魏的口袋陣。渭曲的東、西、南三個方向都是伏兵，北面的入口又被東魏軍前呼後擁的大隊人馬阻塞，士兵們有進無退，動彈不得。茂密的蘆葦做了西魏士兵最好的掩體，東魏士兵看不清敵人的數量，一個個排隊上門送死。
時機成熟，宇文泰親自擂起戰鼓。西魏士兵揮舞兵器，喊聲震天，於謹等各軍從正面撲了上來。西翼的李弼身先士卒，率領麾下六十多人的鐵騎，橫向衝入東魏陣中，把高歡大軍截為數段。李弼的弟弟李檦身材瘦小，卻異常勇猛，騎在馬背上猶如隱身人一般，斬殺敵人不費吹灰之力。東魏士兵驚恐萬分，遠遠見了他便大呼「快躲！」亂成一團。
兩軍殺得天昏地暗，直至深夜還未罷休。東魏陣中的彭樂被刺破肚腹，腸子外流，他把腸子塞入腹內，回身續戰。西魏那邊的將軍耿令貴殺得遍體通紅，全是敵兵的鮮血，宇文泰也不禁唏噓。
東魏士兵越戰越少，高歡想要收兵再戰，卻完全指揮不了混亂的兵勢，各營軍士死散一空。高歡惆悵半晌，還是不願退兵（十幾萬大軍就這麼毀在沙苑……）。大將斛律金勸道：「如今兵心離散，不能再打了，趕快回河東吧！」連喊了幾聲，高歡仍在馬上發呆不語，斛律金揮鞭打馬，才強行拖走了高歡。黃河岸邊無船可渡，部將為高歡找了一匹高大的駱駝，涉到河中，才有渡船靠近，狼狽逃往東岸。弘農方面的高敖曹聽說高歡大敗，也退回了洛陽。
宇文泰追到河邊，見高歡遠去，便停止追擊。他從東魏俘虜中留下兩萬多士兵，其餘全部釋放（僧多粥少，困難時期僥倖取勝，宇文泰已經相當滿足，多餘的士兵只能放回去便宜高歡了）。西魏軍回到渭水南岸，幾天前所征的各州軍隊正好趕來集合，宇文泰讓士兵到戰場上每人種一棵柳樹，以紀念這場來之不易的勝利。
沙苑之戰，西魏軍以一敵十，殲滅和收編東魏軍八萬以上，所獲糧草器仗不計其數。弱小的西魏政權得以鞏固，宇文泰受封柱國大將軍，十二員大將加官進爵。高歡在小他十一歲的宇文泰面前，大栽了觔斗，此後再也沒能踏足關中。