宇文泰与高欢的攻守之势，一时逆转。西魏大统三年（公元537年）的冬天，宇文泰将各州征集的兵士与东魏降卒一同编入大军，分三路向关东发动全面反攻：主力部队约步骑兵两万，由冯翊王元季海与独孤信率领，开往洛阳；南路由洛州刺史李显率领，奔赴荆州；北路由贺拔胜、李弼率领，渡过黄河，进围河东重镇蒲阪。
东魏迁都，不但全面拆卸了宫城砖木运往邺城，还强令洛阳百姓四十多万户随行北上，附近各城只剩少量兵士把守。高欢失利的阴影弥漫着黄河两岸，西魏一来进攻，东魏军的心防顿时瓦解。西起新安，东到梁州（今河南开封）、荥阳，南至颍州（今河南长葛）、豫州（今河南汝南），北抵汾州（今山西吉县）、绛州（今山西新绛），东魏守将非降即败。在攻克各城的过程中，西魏涌现出宇文贵、韦孝宽等多位名将，包括东魏骁将尧雄在内的援兵都吃了败仗（尧雄曾在边境接触战上击退过南梁陈庆之的进攻，是唯一在战场上打败“白袍将军”的大将）。退守洛阳的大将高敖曹也被迫继续撤出城防不备的城池，北渡黄河，避开西魏锋芒。独孤信的军队没有遇到有力的抵抗，长驱直入洛阳金墉城，夺取了这座昔日旧都。
然而，过快的胜利与过顺的进展却给西魏大军埋下了潜在的危机。此次出关，真正来自关中的兵力不足两万，受降的兵力超过了半数，加之军队每攻下一城，都得分拨兵将把守，兵力被迫分散，战斗力也大打了折扣。所谓“月盈则亏，水满则溢”，宇文泰的麻烦大了。
更何况，他的对手高欢，绝不是一个会被气势吓倒的人。高欢之所以不立即采取行动，任由西魏军席卷河南，一来自然是因为兵败不久，急需几个月的缓冲时间恢复元气，二来也未尝没有“以退为进，将计就计”的意味。
高欢起兵河北，之后又大量收编了尔朱氏的军队，支持他的势力集中在河北和山西两处，洛阳周围的河南地区向来对他不是很服，这本是驱使他迁都的因素之一。既然宇文泰想要攻打洛阳，过一把复旧都的瘾，那就不妨遂他的愿，顺便借他之手铲除异己，该降的降，该死的死。等宇文泰帮完忙，高欢便要亮出最后一剑，将一个“崭新”的河南，收为己有。
东魏元象元年（西魏大统四年，公元538年）二月，驻守在虎牢的侯景首先发难。西魏守兵不足以抵抗侯景主力，一月之间，将领纷纷弃守，侯景迅速恢复了梁、颍、豫等州，将战线推到洛阳以东。
七月，在晋阳休整完毕的高欢命侯景与高敖曹合兵一处，进入洛阳，高欢亲率大军为后继，准备随时接应。残忍的侯景放火大肆焚烧洛阳内外的官宅、佛寺、民居（一代北魏都城就此化作残垣断瓦。九年后，东魏官员杨衒之受命来到这里，目睹一番萧条景象，感叹世事无常，追忆往昔繁华，才写下了传世千古的风物笔记——《洛阳伽蓝记》），并包围了独孤信等人守卫的金墉城（金墉城位于洛阳城西北）。金墉城岌岌可危，独孤信向关中紧急求救。
长安方面的西魏文帝正打算去洛阳祭奠先帝陵园呢。收到战报的宇文泰不得不改变计划，请文帝改谒陵为亲征，由尚书左仆射周惠达辅佐太子元钦留守长安，命李弼和达奚武率领一千铁骑为前驱，火速增援独孤信。东西魏第三场大规模的接触战开始了。
八月，宇文泰主力到达洛阳西面的谷城，离金墉城约五十里。东魏大将莫多娄贷文与可朱浑道元不听侯景等人的劝阻，率领部众贸然出击，黑夜中与李弼、达奚武相遇，措手不及，莫多娄贷文兵败被杀，可朱浑道元单骑脱身，东魏军先败一阵。
经验丰富的侯景心知西魏军士气正旺，硬碰硬赚不到任何好处。宇文泰进军瀍水以东、近在咫尺的消息传来，他与高敖曹等人连夜解除了金墉城的围，向北撤退。
次日清晨，机警的宇文泰发现侯景营帐已空，马上率领一支轻骑兵追赶。临行前，他命大队人马到金墉城与独孤信会合，然后全军跟进。
宇文泰来到黄河边上，眼前一片令人震慑的场面：东魏的步骑方阵北据河桥，向南绵延至洛阳城北的邙山脚下，尘土飞扬，不计其数。侯景在此已经恭候多时了！
以宇文泰一贯的作风，他只会打自己有准备的仗，而不会轻易跟从对手的步调，落入对手的圈子里。或许是一路的胜仗令他信心百倍，眼下又是“箭在弦上，不得不发”，两军很快搅合在一起，战成一团。东魏军以逸待劳，人数也占据绝对优势，不一会儿就把西魏的数百轻骑兵冲得七零八落。
乱战中宇文泰的战马被流矢射中，惊慌奔逃，不知所往。宇文泰不慎坠地，东魏追兵围拢上来，身后的西魏都督李穆情急生智，飞身下马，一面挥鞭抽打宇文泰，一面大骂：“狗奴才，你头头去哪里了，怎么一个人在此处？”宇文泰被打得满地翻滚，东魏士兵见他这副惨样，以为是个普通兵卒，也就不予理睬，把他放过。李穆保护宇文泰上马，逃出了东魏军的包围圈。
这是宇文泰在战场上最为狼狈的一次，若非李穆表演天赋一流，宇文泰早已死无葬身之所。李穆是李远的弟弟，战后以救命之功得到了大量的封赏。宇文泰依旧觉得不够，感叹道：“虽复加之以爵位，赏之以玉帛，未足为报也。”加赐免死铁券。由于李穆是用一匹青骢马将他救起，宇文泰又下令马厩中凡有此种颜色的马匹，全部赏给李穆。
黄河南岸的东魏军正欲乘胜反击，西魏的主力赶到。西魏大军分为左右两部，独孤信、李远在右，赵贵、怡峰在左，并以李虎、念贤为后军接应，猛攻东魏方阵，将其分为数段。高敖曹从没在西魏军面前吃过败仗，心高气傲，故意在阵前竖起旌旗伞盖，军队一乱，就成了活靶子。西魏骑兵以精锐攻击高敖曹的军队，高敖曹全军覆没，单骑渡过河桥，逃往北岸的河阳南城。
高敖曹杀敌勇猛，深得高欢器重。高欢平时发号施令，一般使用鲜卑语，如果高敖曹在场，就为他一人使用汉语。高敖曹一次在战场上几乎伤重不治，感叹说：“我死无恨，只叹此生不能亲见弟弟高季式当刺史！”高欢听说后，立即任命高季式为济州刺史。凡此种种，都可看出高敖曹地位之高。可惜他偏偏搞不好与同僚的关系，多次与鲜卑将领发生冲突，甚至因为遭受阻拦而射杀过高欢相府的门卫，东魏将士敢怒不敢言。高欢的极力偏袒，则更加积累了鲜卑人对高敖曹的怨恨。
此时守在南城城头的，是高欢的堂侄、北豫州刺史高永乐。高永乐厌恶高敖曹已久，眼见高敖曹虎落平阳，心中暗喜，下令紧闭城门。高敖曹呼救不得，又拔刀劈城门，尚未劈开，西魏追兵已到。高敖曹慨然吼道：“取我头去！给你做个开国公。”这位被比作项羽的大将，结局竟也与项羽如此相似……西魏方面斩获高敖曹首级的士兵被宇文泰赏赐布绢万段，每年分期支付，据说，一直到四十多年后宇文氏的北周灭亡，还没付完。东魏方面，高欢听闻高敖曹战死，肝胆欲裂，他将高永乐杖击二百，追赠高敖曹太师、大司马、太尉。
东魏虽然损兵折将，但毕竟人多势众，又占主场之利。从早杀到晚，西魏各军人困马乏，陷入劣势，首尾不能相应。大家都不知道文帝和宇文泰的下落，无力集结再战。独孤信等人各自退兵，烧营西走。王思政、蔡祐等将领身陷敌阵，下马步战，杀伤敌兵无数。王思政受伤昏厥，藏身死尸堆中才被士卒救下。天色渐暗，东魏终于撤退。
西魏各部退到弘农，才稍稍缓上一口气。宇文泰欣赏王思政不怕死的作风，把他留下镇守弘农，其余人马随同入关。高欢主力这时刚刚到达黄河渡口孟津，便派部将追击宇文泰，没追上。高欢亲率大军攻取金墉城，下令将城池全部毁弃，不再多留兵卒把守。半年之后，西魏军乘虚又夺回了洛阳，却无异于占领一座空城。此时洛阳的得失，更多只是政治上的象征意义罢了。
这场惊心动魄、一波三折的大战，史称河桥邙山之战，又称河阴之战。西魏军先胜后败，退回关中，宇文泰意识到一举消灭高欢并不现实，最终的胜利，需靠关中经济与军事力量的长期积累。