孙传庭自“柿园之役”败逃回关中后，知耻而后勇，积极整军备战，准备和李自成展开决战。要打仗就必须积蓄粮草军饷和大量作战物资，可钱从哪来？ 陕西百姓早已民穷财尽，哪里还负担得起浩大的军费开支？
老百姓早已穷得家徒四壁，加上连年加征，实在拿不出钱粮来，急于建功的孙传庭无奈，只得强命地方官吏催逼，动辄以军法从事恫吓，即便这样，还是榨不出多少油水来。万不得已，找大户人家、地方豪强捐助吧，这些豪绅害怕孙传庭，不得不有所表示，但从内心对孙极为不满，就利用各种关系在京城大造舆论，说孙传庭拥有重兵，却不出师讨伐“贼寇”而留在陕西靡费粮饷，于是孙督在京师的名声愈发不堪，也即史料中所说的“秦督玩寇”。
崇祯十六年五月，崇祯帝命孙传庭监督河南、四川军务，六月又擢升他为兵部尚书，改称督师，并兼管山西、湖广、贵州、江南等地军务，赐尚方宝剑。（铁马冰河wu作品）孙的兵权加重了，与此同时，崇祯不断 催他率军出关。孙传庭觉得出兵时机尚未成熟， 可崇祯的语气越发严厉，他顿足喟叹道：
“奈何乎！吾固知往而不返也。然大丈夫岂能再对狱吏乎”！《明史·孙传》
我也知道备战很不充分，此行凶多吉少，有去无回。但大丈夫岂能一而再、再而三和狱吏对簿公堂！他有些悲壮地对部下说：
“孔曰成仁，孟曰取义，事已至此，虽万千人，吾往矣”！《明史·孙传》
八月一日，孙传庭在西安关帝庙誓师出征；十日，率十万大军出潼关东进中原。这十万大军并不满员，只是号称，壮壮声势而已，且大都是没有作战经验、训练亦不充分的新兵蛋子，可说是一支注水的“大军”。临出征前，孙与夫人诀别，孙夫人很豪气地对老公说：
“丈夫报国耳，毋忧我”！《明史》
孙传庭虽抱着必死决心慷慨率师出关，但文人出身的他多少还有些尽人事听天命的幻想。除了他的老部下牛成虎、高杰、卢光祖等人外，他还特地征调悍将白广恩从驻地新安来会并随征，并令四川总兵官秦翼明（秦良玉侄儿） 率川军北出商洛，河南开封总兵陈永福率军出洛阳，左良玉率军西上共同夹攻李自成。另外，他在农民军中有一眼线，或一张好牌，那就是李自成襄京兵政府侍郎丘之陶，他一直暗通官军，和孙传庭保持秘密联系。此外，明军还装备了3万辆“喷火车”和大量火器，这也算是当时的特种作战利器了。
八月中，孙传庭军顺利收复了没有多少农军防守的洛阳城，有人建议修复、加固洛阳城墙，将其打造成一座坚固的大本营。孙传庭不以为然，说：
“我等不出关，犹为万全，今既出关，已无万全矣 ”！
这番话颇有些“壮士一去兮不复还”的慷慨悲壮。（铁马冰河wu作品）9月8日，孙传庭大军进抵汝州，李自成部将、绰号“四天王”的李养纯献城投降，他还向孙献上了一条投名状，偷偷告诉孙：
“诸贼老营在唐县，伪将吏屯宝丰，自成精锐尽聚于襄城”。《平寇志》
孙传庭大喜，迅速督军直扑宝丰，一举攻克之，擒斩李自成任命的州牧陈可新。随后马不停蹄奔唐县而去。官军突袭李自成设在唐县的老营，很快将卫军围杀殆尽，又将李自成军将士的眷属、伤兵全部处死，就连老弱妇孺也不放过，李自成等在襄城得知噩耗后，全军恸哭，将士皆义愤填膺，斗志高涨。
孙军摧毁李自成老营后，连日大雨，道路泥泞，转运困难，明军粮草不继 ，但官兵们在孙传庭的督率下，仍然忍饥奋战，以破竹之势攻克郏县，生擒顺军果毅将军谢君友，缴获李自成帅旗，差点抓获李自成本人，李率余部退往襄城。这一阶段，官军进展还算顺利，取得了一些胜利，但补给不畅，缺粮乏饷，兵力单薄的劣势并未改变。九月下旬，孙传庭的内线丘之陶事泄被自成所杀，连情报来源也断了。
9月17日，驻守汝州的明军因断粮欠饷而发生哗变，孙传庭被迫回师平叛，还带去少许粮饷。李自成趁势挥兵追击，双方在南阳附近发生激战。大顺军列阵五重，最外层是新近加入的河南饥民，其次是步卒，再次是马兵， 再次是精锐骁骑，最里一层是老营幸存的随军家属。明军倒也不怂，马步轮番冲阵，奋死力战，攻破顺军三层军阵，与顺军精锐铁骑迎头相撞，旋即展开电光火石般的殊死拼杀，战况异常激烈，双方形成胶着之态，你来我往，相持不下。
明军缺粮已久，饥饿难耐，未能持久，在顺军起兵的猛烈冲击下，阵型开始有松动迹象。白广恩的火器营撑持不住，率先崩溃，官兵大呼：“师败矣”！将搭载火炮的车辆掀翻，骑上拉车驮畜飞逃。倾覆的辎重堵住了其他部队撤退的道路，顺军铁骑趁势冲杀践踏，步兵则挥舞粗大木棒猛击官军，不少明军官兵被连盔带头地敲碎，肝脑涂地而死。李自成的铁骑兵紧追不舍，一日内追杀400余里，一直追到孟津方才罢手。是役，明军战死4万余人，伤者难计其数，辎重器杖损失数十万，当初出潼关援豫的“十万大军”没剩几个。孙传庭的督师大旗，也在逃命时被李过的追旗抢夺。
明朝最后一支可以依仗的精锐主力，就此全军覆亡了。因为崇祯瞎指挥，孙传庭在准备不充分的不利情况下勉强出师，这才导致如此凄惨的下场。但孙也算尽力了，因为大明早已人心向背，李自成有兵、有粮、有情报，还有源源不断的饥民相率来投，李输得起十回八回而他孙传庭一回都输不起。
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