河清三年（564年）邙山大敗后，北周并未放棄東進野心。武平二年，北周再次發動進攻，晉國公宇文護派郭榮在姚襄城南、定陽城西修筑城池，試圖蠶食北齊疆域，周軍以柏谷城為支點，倚仗其“石城千仞”之險，切斷汾北與河東聯系，企圖將定陽（今山西吉縣）變為楔入北齊腹地的釘子。
北齊后主高緯（高湛之子，565年即位）命三員大將太宰段韶、太尉高長恭、右丞相斛律光率軍抵御。首戰便是強攻柏谷，段韶以火弩破城，初戰告捷，但真正的鏖戰才剛拉開序幕。
定陽城（今山西吉縣）地勢險要，易守難攻，北周守將楊敷又是一員猛將，多次擊退北齊軍隊的進攻。同年六月，齊軍移師定陽城下。城主楊范憑借“三面重澗險阻”的地形死守，戰事陷入僵局。七月，更棘手的是，段韶在戰斗中突然患病，無法指揮作戰，全軍重擔落在了高長恭肩上。段韶于軍帳中召蘭陵王囑托：“賊若突圍，必從東南澗口出，簡精兵專守，自成擒耳”。此言成為決勝關鍵。段韶病重被迫先行返朝，軍中士氣波動，蘭陵王以“總其眾”之責穩定軍心。
高長恭接管指揮權后，并未急于攻城，而是親自勘察地形。他發現定陽城三面環水，只有東南方向有一條狹窄的山路，是守軍唯一的退路。于是，他采納段韶的建議，制定了“圍點打援”的戰術：一面命士兵繼續攻城，虛張聲勢；一面派一千多名壯士埋伏在東南澗口，等待敵軍突圍。
果然，北周軍隊在北齊的猛烈進攻下糧草斷絕，宇文憲率領的援軍又因懼怕段韶（當時北周不知段韶病重）不敢前進。楊敷無奈之下，只得率領殘部趁夜突圍。
當他們逃至東南澗口時，高長恭的千余伏兵突然殺出，火把如星矢般射入敵陣。北周軍隊猝不及防，瞬間潰散。史載其蘭陵王“每得甘美，雖一瓜數果必與將士共之”，伏兵千騎愿效死力，正源于此。
蘭陵王戴青銅面具突陣，其俊美面容隱于兇厲鎏金之后，周軍見之膽裂——此景雖多見于邙山之戰記載，但定陽夜戰中，面具亦成震懾符號。
伏兵截斷退路，楊范部卒被擠壓在澗口狹地，“面縛盡獲”。此戰不僅克復定陽，更生擒儀同薛敬禮、城主楊范等周將。定陽城隨之攻克。定陽之戰充分展現了高長恭的軍事智慧。他不僅勇猛善戰，更懂得根據地形制定戰術，以最小的代價取得最大的勝利。
此前邙山之戰時，蘭陵王一句“家事親切”早已埋下禍根。戰捷的消息傳至鄴城，后主高緯的忌憚更深。定陽戰后，他故意收受賄賂，縱容部下斂財，其心腹尉相愿直言：“王既受朝寄，何得如此貪殘？”蘭陵王黯然答：“豈不由芒山大捷，恐以威武見忌，欲自穢乎？”
戰后，高緯加封他為大司馬，賞賜綢緞千匹，并將定陽附近的土地賞賜給他作為食邑。
據統計，高長恭一生歷經大小戰役數十次，從未有過敗績，堪稱北齊的“守護神”。
定陽戰役后，段韶病逝，斛律光遭戮，蘭陵王孤木難支。三年后，一杯御賜毒鴆入口，北齊的守護長城盡被內部摧毀。
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