卫玄派武贲郎将张峻从南路进发作为疑兵，自己则亲率大军直奔洛阳城北，杨玄感率军迎击卫玄，卫玄率军且战且走，在金谷驻扎军队。
卫玄在军中清扫一片场地，祭祀隋文帝说：“刑部尚书、京兆内史臣卫文升，冒昧地昭告于高祖文皇帝的神灵：自从皇家承受天命，到现在三十多年，武功文德，渐渐影响海外。
杨玄感辜负圣恩，自作蛇豕，蜂飞蚁聚，犯我王师。
臣下我两代受恩，一心侍奉国家，统率熊罴之众，志在剿灭逆党。
如果社稷长久，应该让杨玄感这些丑类像冰块一样破碎；如果隋朝大势已去，就请让老臣先死吧！”
卫玄词气激昂，三军将士莫不流涕呜咽。
卫玄率领步兵、骑兵两万人渡过瀍水，与杨玄感军交战，杨玄感屡次击败卫玄。
当时，杨玄感拥有近十万兵众，卫玄由于寡不敌众，部下死伤大半，军力将近耗竭，于是他率军进驻邙山的南面。
杨玄感率领全部精兵前来进攻，卫玄率军与杨玄感决战。
一天之内双方交锋十余次，恰巧杨玄感之弟杨玄挺身中流矢而死，杨玄感的军队才稍稍退却，卫玄进而驻军邙山的北面。
恰逢宇文述、来护儿等援兵赶到，杨玄感惧怕，因而向西逃走。
卫玄派遣通议大夫斛斯万善、监门直阁庞玉为先锋追击，赶到阌乡，与宇文述等合兵击败叛军。
隋炀帝驾幸高阳，征召卫玄到其所在的地方，隋炀帝慰劳卫玄说：“卿真是社稷之臣啊！
使朕得以没有西顾之忧。”
于是下诏说：“近来妖雾充斥，搅动关、河一带。
文升率领义师，应机赴敌，在华山黄河一带，奋勇杀敌，打败凶丑。
应该下令奖赏，升任他为右光禄大夫。”
并赐给卫玄良田、宅第，财物数万，让卫玄返回长安镇守，临行前隋炀帝对卫玄说：“函谷关以西全部委托给你。
你安然无恙，国家就安然无恙；你有危险，国家也就危险。
你出入必须有兵士护卫，坐卧应该加强防备。
如今特意给你一千名士兵，充当侍卫随从。”
卫玄和樊子盖一起受赐玉麒麟符节，用以代替铜兽符节。
隋炀帝诏令卫玄安抚关中，关中盗贼蜂起，百姓饥饿至死，卫玄竟然不能赈济抚恤，而官方败坏纷乱，贿赂公行。
卫玄认为自己年纪已高，上表乞求告老还乡，隋炀帝派遣内史舍人封德彝驰往京师，告诉卫玄说：“京师是国家的根本，是王业的根基，是宗庙园陵的所在地，借助你这位老帅，卧居在那里镇守。
我为国家考虑，不能同意你退休，所以派封德彝前来，口述我的旨意。”
卫玄这才作罢。
隋朝末年，隋炀帝统治残暴，民不聊生，爆发大规模农民起义，太原留守李渊起兵反隋。
李渊率领义军进入关中，当时卫玄已年老，闻知李渊率军向长安进发，自知不能守御，忧愁恐惧，自称有病，不再参预政事。
李渊屡次派使者到长安城下，对卫玄等人宣称自己是尊奉隋朝皇室，并无反叛之意，卫玄等人不作答复，李渊军队攻陷长安，卫玄归居家中，去世时年七十七岁。
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