宿州军兵败苻离，让人掘开汴水，想要阻断宿州以北的通路，挡住庞勋。谁知庞勋进军神速，到宿州时汴水还可徒步通行。等到元密到后，水已深不可过。
十月十二日，元密备齐船只，率军渡过汴河。正要围城攻打，突然天降狂风。庞勋命令士卒发射火箭，引燃了城外茅屋。火借风势，一直蔓延到元密军营，唐军顿时陷入前则身冒矢石、后又遭遇水火的困境。庞勋趁势急攻，斩杀唐军近三百人，元密率军狼狈退去。
庞勋并没有被胜利冲昏头脑，他知道唐军虽败但未伤元气。而他这边的骨干，也就从桂州来的八百戍卒。其他数千人都是刚刚招募的新兵，未经训练只能壮壮声威，与唐军相比实力仍然悬殊，再打下去恐无胜算。
到了晚上，庞勋令妇女在城中击鼓巡更，他们乘坐抢来的三百艘大船，装满粮食货物，顺流而下。
天亮时，唐军发现庞勋离去，连饭都顾不上吃急忙追赶，等到追上时早已饥饿难耐。
庞勋将船停靠在堤下，让数千新兵在堤上列好队形，摆出一副岸滩决战的姿态，骨干精锐则埋伏于船中待命。
等到唐军快到时，在堤上列阵的士卒佯装退入岸边滩涂。元密以为庞勋畏战，纵兵追击。船上伏兵突然杀出，与岸上士卒联合起来夹攻唐军。
双方角逐在一处搏命厮杀，从午时一直战至黄昏，饥疲交加的唐军再也支撑不住，阵形溃散，被打得大败。
元密领兵撤退不慎陷入泥沼，一时无法退出，庞勋追到又是一顿砍杀。
元密和监阵敕使全部战死，士卒被杀千余人，其余均放下武器归顺庞勋，从徐州派出剿匪的三千精锐竟无一人归还。
庞勋向降卒了解徐州城防，得知城中兵力仅剩一千余人，且毫无戒备，遂决意夺取徐州。
十月十五日，庞勋率军北渡濉水，翻越山岭直奔徐州而来。
当晚，崔彦曾获知元密全军覆没，忙向邻近军镇请求增援。第二天，派人堵死城门，挑选城中精壮男丁登城防御。
徐州自建唐以来，两百多年间很少发生战事。得知庞勋杀到，城中军民早已斗志全无。有人劝崔彦曾前往兖州避难（山东济宁市衮州区），被崔彦曾严辞拒绝，发誓与徐州共存亡。