雄武軍和黑山軍合力攻打廮陶城的第一天，雄武軍死傷七千人，黑山軍死傷一萬五千人，守軍張郃麾下的大戟士死傷過半，另外一萬多袁軍更是死傷超過七成。
張燕率軍親自攻打西門，最終奪下城頭，但卻被殊死抵抗的大戟士頂在了西門一帶而無法向內繼續推進。
第二日，攻城戰鬥陷入白熱化，更多的黑山軍直接從西門湧入廮陶城內，與守軍開始巷戰。李進武率領的雄武軍也攻克廮陶城的東門，大軍沖入城內。
在東西兩路大軍的猛烈攻擊之下，死守不退的袁軍終於徹底潰敗，一些士卒不再顧忌張郃的威懾，開始沿著南街向南門外撤退，只留下仍然死戰不退的張郃和兩千多大戟士在做最後的殊死搏鬥。
到了申時，張郃和殘餘的兩千多手下，被黑山軍和雄武軍擠壓在廮陶城中很小的一片區域之內，趙興騎著駿馬從大軍之中走上前來，然後開口朗聲說道：「吾乃晉國太傅趙興，請張儁義將軍上前說話！」
兩千多大戟士緩緩從中讓出一條道路，渾身是血的張郃從士兵之中步行走了出來，他抬頭看著遠處騎在馬上的趙興，面無表情地說道：「如今廮陶已破，吾軍兵敗被圍，不知太傅大人有何指教！」
趙興抱拳向張郃行了一禮，然後說道：「指教談不上，只是有幾句肺腑之言想要說與張將軍聽。將軍率軍獨守孤城已有數月，昨日至今的一番大戰更是令雙方死傷慘重，將軍可謂盡忠職守，乃軍人之楷模！然人力有窮時，如今廮陶已破，將軍手下士卒所剩者僅眼前千餘人，何必再做無謂之抵抗，徒增雙方士卒傷亡？」
張郃聽趙興說完這些話之後，沉著臉不置可否，心裡卻做著激烈的思想鬥爭。趙興的話十分誠懇，如今張郃已經兵敗，如果帶著手下這一千多兄弟繼續頑抗，雖然可以成就他一世忠義之名，卻要葬送兩千多兄弟的性命，到了這種境地，無論是誰，只怕都難以毫無顧忌地作出選擇。
趙興不等張郃回答，接著問了張郃一句話：「張將軍可曾記得當年廣平城破之時，你曾與我說過的話語？」
張郃忽然想起當年曾在廣平城下對趙興說過這樣一句話：「將軍厚愛，郃銘記於內，然忠義之士，不擇二主，袁氏一門有恩於郃，待到翌日報了袁家恩情，張郃必投將軍麾下！」
於是張郃點頭答曰：「郃尚且記得當日所言。」
趙興於是不再多言，靜待張郃作出最終的決定。
張郃痛苦地閉上雙眼，內心經過一番劇烈的掙扎之後，狠心向著身邊的士卒說道：「各位兄弟，如今廮陶城破，再做殊死抵抗已無意義。郃曾蒙袁家恩惠，這些年鞍前馬後盡心報答，如今兵敗被俘，已盡全力。自今日之後，吾決定投靠晉國，今後願意繼續跟著我的，我仍然以兄弟相待，不願意跟隨的現在便可從南門離開，相信趙太傅絕對不會為難大家。」
張郃一席話說完，身邊的士卒沉沒不語，過了片刻，有人離開隊伍向南門走去。隨後，三三兩兩的士兵離開張郃，丟下手中兵器，有些落寞地離開了廮陶城。
最終，選擇留下來跟隨張郃的大戟士有一千多人，遠比他預想的要多。張郃於是轉身向趙興說道：「罪將張郃在此，任憑太傅大人發落。」
趙興淡然一笑，終於鬆了一口氣，他對張郃說道：「張將軍身上負傷，身邊兄弟也需要休養，便隨雄武軍的傷兵撤往高邑吧。」
張郃點頭，表示同意如此安排。
至此，圍攻廮陶城三月之後，雄武軍和黑山軍在付出了兩萬七千士兵傷亡的代價之後，終於拔除了廮陶城這枚楔入冀州腹地的釘子，龍騎軍和熊羆軍的後方再也無虞，雄武軍和黑山軍也可以率軍南下在正面戰場上與聯軍形成對峙的有力局面。
雄武軍損失了八千人，黑山軍損失了一萬九千人，總算是換回來一個張郃和廮陶城，這筆買賣也不知道是賺是賠。但不管怎麼說，冀州北部算是徹底落入了趙興之手，就算今後在冀州南部與十九萬聯軍對峙，雄武軍、熊羆軍、龍騎軍加上黑山軍，合計能戰之兵有十一萬之眾，在場面上已經不懼聯軍，足以應付接下來的形勢。
撤入高邑城內的張郃，不久之後便接到了趙興的任命，他將率領一千多大戟士北上漁陽，擔任幽州新兵訓練團團長的職務，而他手下的一千多降兵今後也將編入訓練團之中，成為訓練團的教官，不再上戰場與人廝殺。
對於趙興這樣的安排，張郃內心十分感激。雖然張郃帶著一千多兄弟投靠了晉國，但如果趙興讓他不久之後便帶隊南下攻打袁紹，無論是從感情上還是從心理上，一時之間都會讓人難以接受。
安排張郃進入訓練團訓練新兵，這樣做既不會使張郃覺得受了冷落，lang費人才，又避免了張郃面對昔日兄弟，可謂是一舉兩得。
趙興讓張郃北上漁陽，實際上還有一層意思，只不過要等到張郃在護國軍中站穩了腳跟，取得一定的威信之後才會宣布。
冀州之戰這麼大的場面，到現在卻讓猛將趙雲守在漁陽，這可不是一個好主意。可趙興對於公孫瓚還不能做到完全信任，若沒有一個絕對忠誠可靠的將領駐守漁陽，趙興便不能放心讓趙雲南下挑大樑。如今收了張郃，正好可以讓其接替趙雲鎮守幽州，而趙雲如果南下統帥各軍，趙興便可以抽身返回臥虎城，居中調度東西兩線的戰事，避免因為晉國空虛而被人中路突破。
趙興在廮陶城內慰問了作戰勇猛的黑山軍將士，並且親自為有功將領頒發了軍功章，這樣一來便極大地鼓舞了黑山軍的士氣，使得這支黃巾山賊出身的軍隊開始有了榮譽感和自豪感。
所有陣亡的一萬四千多具士兵遺體，已經由後方的預備役部隊轉運回了太行忠烈園，至於受傷的一萬三千多士兵，則被送往已經穩定的高邑、阜城等地進行救治。雄武軍雖然損失近八千人，但四千多傷兵經過救治之後，有三千多人還可以重返戰場；黑山軍的損失要嚴重一些，九千多名傷兵之中，經過救治之後，可以重返戰場的不會超過四千人。也就說，攻打廮陶城損失的兩萬七千士兵之中，最終經過救治，可以重返戰場的老兵為合計為七千人。
經此一役，五萬黑山軍最終剩下了三萬五千人，原本三萬人編制的雄武軍則出現五千多人的缺口。於是李進武跟張燕一番討價還價，以兩百名基層軍官的代價，換走了黑山軍多出來的五千人，使得兩軍最終都湊成了人數三萬的滿編步軍。