Tháng 9 nhuận cùng năm (537), Cao Hoan tự soái 20 vạn [3] đại quân Đông Ngụy từ Hồ Khẩu [4], ghé Bồ Tân [5] vượt Hoàng Hà, qua Lạc Thủy, tiến đóng mé tây Hứa Nguyên [6], nhằm thẳng vào Trường An.

Vũ Văn Thái tự soái gần vạn [7] người từ Hằng Nông lui về bờ nam Vị Thủy, gọi quân đội các châu đến giúp. Vì muốn ngăn quân Đông Ngụy áp sát Trường An, nhân lúc kẻ địch ở xa mới đến, quân Tây Ngụy không đợi quân đội các châu, mà lập tức bắc cầu nổi qua Vị Thủy, chỉ mang theo 3 ngày lương thảo, đưa khinh kỵ vượt sông.

Ngày mồng một tháng 10, quân Tây Ngụy tiến đến Sa Uyển [6], cách quân Đông Ngụy 60 dặm. Vũ Văn Thái một mặt phái bộ tướng Đạt Hề Vũ lĩnh vài kỵ binh đi trinh sát, một mặt cùng chư tướng thương nghị, quyết định tại nhánh sông Vị cách Sa Uyển 10 dặm về phía đông, cỏ lau um tùm, đất bùn lầy lội mà đặt mai phục. Lấy bộ tướng Triệu Quý, Lý Bật chia ra 2 bên trái – phải, bày trận bối thủy để đợi.

Giữa trưa hôm sau, quân Đông Ngụy quả nhiên tiến vào trận địa phục kích, thấy quân Tây Ngụy ít, lại chưa bày trận nên tranh nhau tấn công. Vũ Văn Thái thừa dịp quân Đông Ngụy khinh địch mà hàng ngũ rối loạn, lập tức hạ lệnh xuất kích. Hai cánh phục binh của Triệu Quý, Lý Bật nổi dậy, bọn Vu Cẩn chỉ huy 6 cánh quân hăng hái chém giết, thiết kỵ của Lý Bật đón đánh quân Đông Ngụy, cắt đôi đại quân của Cao Hoan. Quân Tây Ngụy đại thắng, giết hơn 6000 người [8], bắt 7 vạn người [9], thu được 18 vạn cỗ giáp [10]. Cao Hoan cưỡi lạc đà chạy suốt đêm trốn thoát đến bờ tây Hoàng Hà.

Quân Tây Ngụy được lệnh trồng cây trên chiến trường, để kỷ niệm chiến công này. Vũ Văn Thái được thăng làm Trụ quốc đại tướng quân, tăng ấp 5000 hộ, 12 tướng lĩnh tham chiến cũng được tiến tước tăng ấp [11].