羌军兵多，段颎的将士都十分害怕。
段颎命令军中拉紧弓弦，磨快刀枪，长矛三重，挟以强弩，左右两翼，布置轻骑，激励兵将说：“现在我们离家几千里，前进，事业就成功，逃走，死路一条。大家努力共取功名吧！”
说完，大呼喊叫，将士们应声跳跃上阵，段颎驰马在旁，突然袭击，羌军顿时崩溃，大败而逃，被斩首八千余级，获牛马羊二十八万头。
此时窦太后临朝当政，下诏说：“先零东羌历年为害，段颎以前陈述情况，认为必须扫灭。段颎履霜冒雪，白天晚上快速行军。身当矢石，使战士感奋。不到十天，敌寇逃跑溃散，尸体相连，活捉不少，掳获无法统计。洗雪了百年来的败恨，安慰了忠将的亡魂，功劳显著，我极为嘉赏他。等到东羌完全平定，应当一起记他的功勋。现在暂时赐段颎钱二十万，用他家一人为郎中。”
任命段颎为破羌将军，同时下令中藏府调拨金钱彩物，增助军费。
夏天，段颎出桥门（今陕西子长县），到走马水上，再次追击羌人。
不久，听到消息，羌军在奢延泽（今内蒙古乌审旗红柳河以西），段颎于是率轻快部队快速前进，一日一夜走了二百多里，在早晨追上了羌军，击败了他们。
残余羌军逃到落川（今陕西靖边县），又集合起来。
段颎分别派骑司马田晏率五千人出其东面，假司马夏育带二千人绕其西面，羌人分兵六七千人，围攻田晏等，田晏等与之战斗，羌人溃散逃走。
段颎急进，与田晏等一起追击于令鲜水（今陕西靖边县红柳河支流）上。
段颎士卒又饥又渴，于是命令部队齐头并进，夺其水，羌军又溃散逃走了。
段颎尾追其后，羌军边战边退，一直追到灵武谷（今宁夏银川市北）。
段颎披甲率先上阵，战士没有敢于不前的。
羌军大败，丢弃武器逃走。
段颎率军追击三天三夜，士兵的脚都走得起了层层厚茧。
追到泾阳，羌人残余四千部落，全部分散进入汉阳山谷中。
护匈奴中郎将张奂得知段颎获胜的消息，估计按段颎的一贯做法，必然对羌人赶尽杀绝，于是上书说：“东羌虽破，余种还不易消灭，段颎性情轻浮而果敢，担心他吃败仗，难保常胜。应当用恩招降，才不会后悔。”
东汉朝廷以诏书将此进言下达给段颎。
段颎一向主张对羌人实行血腥镇压，当然不会同意张奂的意见，上书说：“我本来知道东羌虽然兵多，但软弱容易制服，所以近陈愚见，想为永久安宁计。而中郎将张奂说虏强不易击败，应当招降。皇上圣明，没有采用张奂的计策，相信并采纳了我的无见之言，使我的谋划得以实现。事实表明，形势的发展与张奂所说的相反，张奂于是心怀猜恨，相信了叛羌的话，而又修改了他们原来的词意，说我的兵多次伤败，又说羌也是秉天之一气所生，是杀不尽的，山谷广大，不可空静，血流遍野，伤和气，招灾祸。周秦之际，戎狄为害。光武中兴以来，羌寇很强盛，杀也杀不尽，已经投降，又反叛。现在先零杂种，反复无常，攻陷县邑，剽劫人物，掘冢抛尸，不管生的死的，都受到他们的祸害，老天震怒，借我的手加以讨伐。
从前邢国无道，卫国讨伐它，出兵而天降霖雨，解缓了旱灾。我进军经炎热的夏天，接连不断获得好雨，年岁丰收，人民没有疾疫。上占天心，不降灾伤，下察人事，很得人心，所以能够打胜仗。自桥门以西、落川以东，原来的官府县邑，连续不断，不是深险绝域的地方，兵车骑兵行走安全，没有伤败。张奂为汉朝官吏，身为军官，驻军两年，不能平定寇乱，只想修文，不想用武，招降凶猛的敌人，荒诞无稽的空话，大而无当。为什么这么说呢？从前先零寇边，赵充国把他们迁到内地，煎当扰边境，马援把他们徙到三辅，开始归服，最后还是叛变了，至今为害。所以有远大眼光的人，认为这是最可忧患的。现在边郡户口稀少，屡次被羌侵害，想要投降的寇虏与平民杂居，正如种植多刺的枳木和棘木于良田中，养毒蛇于室内一样，多么危险啊！所以我遵奉大汉的声威，建立长久的策略，要斩断根本，不能让其再度繁殖生长，原来计划三年，费用五十四亿，现在还刚刚一年，花耗不到一半，余寇已成残焰，不久即可消灭。我每奉诏书，军队在外，不可由内指挥，希望完全如这句话说，任我专责，临机应变，不失权宜。”
建宁二年（169年）五月，东汉朝廷下诏，派谒者冯禅劝说汉阳散羌投降。
段颎认为正是春播时间，百姓都在田野劳动，羌人虽然暂时投降，但政府没有粮食救济，羌人一定会再次成为盗贼，不如乘虚进兵，势必消灭。
夏天，段颎亲自进驻离羌军驻扎的凡亭山（今甘肃平凉西北）四五十里的军营，派田晏、夏育率领五千人据守山上。
羌军全力发起攻击，厉声喝问：“田晏、夏育在这里不？湟中投降的那些羌人都去了哪里？今天要决一生死。”
面对气势汹汹的叛军，汉军十分害怕，田晏等人激励士兵，拚命力战，打败了羌军。
羌军溃散，向东逃跑，又聚集在射虎谷（今甘肃天水市西），分兵把守各谷上下门。
段颎计划把叛乱的羌人就此一举消灭，以免他们再次逃散，四处为患，于是派千人在西县（今甘肃天水市西南）结木为栅，宽二十步，长四十里，阻拦羌人。
到了晚上，段颎分派田晏、夏育率七千人，乘着夜色，悄悄地摸上西山，离羌军一里许构筑阵地。
又派司马张恺等率三千人上东山。
羌军发现汉军，向田晏等人发动进攻，分别遮堵汲水道。
段颎亲率步兵、骑兵，进击水上。
羌军退走，被张恺等人挟东西山险要，挥兵进击，大败溃散。
段颎追至谷上下门穷山深谷之中，连连击破羌军阵营，斩其主帅以下一万九千级，获牛马骡驴毡裘庐帐什物，不可胜数。
冯禅招降了汉阳散羌四千人，分别安置在安定、汉阳、陇西三郡。
至此，东羌也全部平定。
段颎共与羌人一百八十战，斩敌首三万八千六百余级，获牛马羊骡驴骆驼四十二万七千五百余头，用费四十四亿，损失军士四百余人。
段颎因功进封为新丰县侯，邑万户。
段颎行军仁爱，士卒有疾病，他都亲自慰问、裹伤，其在边境十多年，没有睡过一晚好觉，与将士同甘共苦，军士都愿为他死战，故能百战百胜，多有战功。
但他残暴成性，杀人如麻，史学家范文澜先生在《中国通史简编》说他是“有一个完全兽性称号的大名将”，“羌人受了大祸，段颎等人发了又大又快的财”。
段颎为了保住自己的官位和富贵，曲意逢迎宦官，甘为中常侍王甫的党羽，为人所不齿。
光和二年（179年），因人劾奏，王甫被诛，段颎以党羽下狱，饮鸩自杀。
唐建中三年（782年），礼仪使颜真卿向唐德宗建议，追封古代名将六十四人，并为他们设庙享奠，其中就有“太尉新丰侯段颎”。
宋宣和五年（1123年），宋室依照唐代惯例，为古代名将设庙，七十二位名将中亦包括段颎。
在北宋年间成书的《十七史百将传》及明代成书的《广名将传》中，段颎亦位列其中。
真可谓一将功成万骨枯。
第三次羌变平定之后，一部分羌人被董卓招募为士兵，成为其手下主力，一部分羌人迁居内地，在东汉末年诸侯混战之时，乘机与匈奴联合，共同攻杀掠夺，中原大地惨遭其祸，直至曹操统一北方，才结束了混乱局面，重新归于稳定。
汉安帝以前，东汉王朝对羌变采取进剿与安抚并重、以安抚为主的策略，虽有多次羌变，但很快就被召抚，双方损失都不大。
汉安帝之后，东汉政府多采用镇压政策，相应地，羌人的反抗也就更加激烈，虽然也有几位主张怀柔安抚政策的官员和将领，但都不得势，镇压派成为主流，特别是段颎等人，对羌人完全是血腥镇压，赶尽杀绝，双方不死不休，损害巨大。
东汉王朝与羌族的战争，连绵百余年，耗费巨资达千亿计，致使国库空虚，河西地区动乱不绝，社会经济遭到严重破坏，百姓流离失所，民不聊生。
同时，在漫长的平羌战争中，董卓等军阀逐渐壮大，被大将军何进所招，进京勤王，拉开了东汉末年，烽火连天的序幕。
