就在昝万寿攻打叙州之时，泸州城的战局正在发生重大变化。俞兴虽然为人极为贪腐但作战却也有谋略，加之此次调集了不少川北和川东宋军精锐参战，人数近二万余人。而刘整所辖的潼川府路虽然名义上有二万多兵卒，但有相当部分驻屯在各州县，仅在叙州和长宁军被霹雳军消灭收编的便有五千余人，在神臂城的驻军只不过三千人。刘整虽然骁勇善战，但俞兴所率之军不管是人数还是战力都远超过他，要不是神臂城易守难攻，他早已兵败身死。刘整只得一面苦苦支撑，一派派死士潜出城，前往简州向刘黑马求救。不惜代价援救刘整，是忽必烈亲自下达的命令，加之儿子刘元振此时正在神臂城中协助守城，刘黑马当然是全力以赴。

在刘黑马的不断催促下，纽璘尽起大军赴援泸州，其旗下共有三千骑兵、五千蒙古汉军步兵和七千新附军，声势十分浩大。这些军力除了纽璘本部兵力之外，其余来自刘黑马和百家奴，甚至还有不少从川北和川东之地。因为蒙军水军孱弱，纽璘并不敢走粮草辎重运输更方便的水路，只得走行军更为缓慢的陆路。“救急如急火”，面对来自简州的不断催促和泸州方向一阵紧一阵的报急，他便派了手下的大将失里答率二千人骑兵作为先锋，急速赴援神臂城。

俞兴得知纽璘军来援消息后，一面派都统张桂和金文德率军驻守简州通往泸州官道上的老鼠隘，以挡来援蒙军，另一方面则命人急攻神臂城。神臂城三面环水岸壁陡峭，只有东门地势平坦适合攻城。在数百架投石机和弩炮的轰击之下，一时间矢石乱飞守军伤亡惨重。宋军最接近破城的一次，是已攻陷了东门的三重城门，却在刚突入城中之时，被刘整和刘元振率亲兵队击退。要说这两人也是悍勇，全身负伤多处仍死战不退。眼见主将如此守军霎间士气大涨，一个反冲锋将宋军逐离，重新夺回了东门。

老鼠隘虽然易守难攻，却并非简、资两州至神臂城的唯一道路。刘整投降之后，其驻守富顺监的心腹也跟随其降了蒙军，在这些汉奸的带领下，失里答派人通过小道绕过了老鼠隘，突然出现在关隘的后方。猝不及防之下驻守的宋军大败，张桂和金文德力竭战死。得知老鼠隘失陷的俞兴大惊，急忙抽调都统屯达前去阻击，凭借着地势之利险险将蒙军挡住，双方从早上僵持到下午，但宋军也日益颓势。俞兴无可奈何，只得继续从围困神臂城之中抽调人马前去援助屯达。宋军兵马调动让精于战阵的刘整嗅到了战机，他趁着宋军调动兵马的混乱之时，抽调精锐士兵从暗道出城，突袭东门围城的宋军后方，自己则尽率城中兵马从正面冲击围城的宋军。

猝不及防之下围困神臂城的宋军大溃，俞兴见势不妙便在亲兵的簇拥下夺了岸边的小船逃奔南岸的黄市营垒。宋军兵卒见主帅逃跑，也纷纷四散而逃。正在与失里答激战的都统屯达听闻俞兴已逃，竟然也丢下部众夺路而逃，其一路狂奔到江边见已无船只，情急之下便将座骑推入水中，并抓住战马的尾巴浮渡到江南岸。所谓“兵败如山倒”，眼见主帅和军将皆渡过逃跑，宋军士兵也纷纷夺路而逃，并在追来的蒙古骑兵逼迫下跳入水中，大部分溺死在江中。俞兴逃回重庆后清点残兵，发现自己带去二万兵卒回来的只有三千余人。