پس از آنکه خلافت راشدین بین‌النهرین را تصرف کرد و ارتش‌های ساسانی را به آن سوی کوه‌های زاگرس راند، خلیفه عمر به طور مشهوری اعلام کرد که آرزو می‌کند دیوار آتشین بزرگی امپراتوری در حال ظهور او را از امپراتوری در حال سقوط اما هنوز تهدیدکننده ساسانی جدا کند. با این حال، چنین مانع نفوذناپذیری برای محافظت از یک قدرت در برابر تجاوز دیگری وجود نداشت.
ارتش سعد مشتاق تعقیب یزدگرد در آن سوی کوه‌ها بود، اما امتناع عمر هرگونه گسترش بیشتر به شرق را برای حال متوقف کرد. به دستور خلیفه، سعد شروع به جستجوی عراق برای یافتن مکانی کرد که بتواند یک پادگان نظامی دائمی در آن تأسیس کند. در نهایت، پس از دریافت راهنمایی از مردم محلی، سعد منطقه امیدوارکننده‌ای از زمین در سورستان پیدا کرد "جایی که زمین هم خشک است، هم به خوبی آبیاری می‌شود و هم با خارها پوشیده شده است" و مستعمره‌ای ساخت که در نهایت به شهر کوفه تبدیل شد. در جنوب شرق دور، نیروی یورشگر عرب دیگری متشکل از ۸۰۰ نفر به رهبری عتبه بن غزوان به دنبال پایگاه خود بودند و به منطقه خشکی پوشیده از سنگ‌ها برخوردند و عتبه در آنجا شروع به ساخت سکونتگاهی کرد که در نهایت به بصره امروزی تبدیل شد. به نظر می‌رسید که مرز بین خلافت و امپراتوری ساسانی در کوه‌های زاگرس تثبیت خواهد شد و به سعد و عمر فرصتی کوتاه برای بررسی مسائل اداری می‌داد. با این حال، وضعیت پس از جلولا مدت زیادی دوام نخواهد آورد.
ساسانیان که حاضر به پذیرش از دست دادن دائمی قلب بین‌النهرین نبودند، به حمایت از اقدامات نظامی علیه خلافت به رهبری هرمزان، رئیس یکی از خانواده‌های برتر ایران ادامه دادند. هرمزان در هنگام عقب‌نشینی از قادسیه، با نیروهای شخصی خود از بازماندگان از ستون اصلی جدا شده و به املاک خود در خوزستان بازگشته بود. این قلمرو به عنوان تنها قلمرو باقی‌مانده امپراتوری ساسانی در غرب کوه‌های زاگرس، یک برآمدگی آسیب‌پذیر را تشکیل می‌داد. هرمزان که شانس کمی برای مقاومت در برابر حمله هماهنگ مسلمانان به سرزمین‌های خود داشت، تصمیم گرفت به حمله بپردازد. او از یک پایگاه پیشرفته در بزرگترین شهر استان خود اهواز - ژنرال ایرانی - شروع به یورش‌های سریع به منطقه میسان در سال ۶۳۸ کرد. با افزایش تناوب این حملات، هرمزان دو پایگاه دیگر حتی در غرب‌تر نزدیک منازیر تأسیس کرد. عتبه با تنها ۸۰۰ نیروی خود قادر به مقابله با حملات ایرانیان نبود و از سعد درخواست کمک کرد. در پاسخ، فرمانده کل نعمان بن مقرن را با چند هزار جنگجو برای تقویت نیروهای عتبه اعزام کرد. نیروی ترکیبی مسلمانان یک کارزار برق‌آسا را آغاز کردند که ارتش هرمزان را در پایگاه‌های پیشرفته آن شکست داد و مرز را به شرق به رودخانه کارون رساند. هرمزان که به دلیل شکست‌های سربازانش به اندازه کافی تنبیه شده بود، با دو همتای مسلمان خود صلح ناپایداری را منعقد کرد و ادعا کرد که تحت الحمایه خلیفه قرار گرفته است. بقیه سال ۶۳۸ بدون جنگ بیشتر در جبهه ایرانی گذشت به جز یک اقدام در جای دیگر - به اصطلاح "فیاسکو فارس". یکی از رقبای سعد و فرماندار استان بی‌حادثه بحرین - علا بن حضرمی - که به دنبال افزایش موقعیت خود بود، یک حمله آبی‌خاکی بی‌پروا را در سراسر خلیج فارس آغاز کرد. نیروی عرب پس از فرود در ساحل فارس، به سمت تخت جمشید حرکت کرد و پس از شکست دادن یک نیروی شبه‌نظامی کوچک در یک نبرد پرهزینه، توسط ساسانیان محاصره و به دام افتاد. خلیفه که از جنگ دریایی بیزار بود، متوجه شد حضرمی چه کرده است و خشمگین شد، اما با این حال عتبه را برای نجات فرماندار محاصره شده فرستاد و پس از آن از سمت خود برکنار شد.
هرمزان از فرصت داده شده توسط آتش‌بس با مسلمانان برای بسیج سربازان بیشتر استفاده کرد و در آن زمان همچنین نیروهای کمکی امپراتوری را از حلوان دریافت کرد. اکنون که تقویت شده بود، از شرایط مرزی نامشخص معاهده بهانه‌ای برای از سرگیری خصومت‌ها در اوایل ۶۳۹ استفاده کرد. فرماندار جدید بصره - ابوموسی - از دستور خلیفه خود برای اجتناب از تصرف هر قلمرو ایرانی بیشتر آگاه بود، بنابراین به عمر نامه نوشت و وضعیت را توضیح داد و راهنمایی خواست. عمر در پاسخ دستور داد اهواز را بگیرد و حملات هرمزان را متوقف کند. این باعث شد موسی نیروهای خود را به رودخانه کارون ببرد و در برابر لرد ایرانی در سراسر عرض آن بایستد. هرمزان که نسبت به شانس خود مطمئن بود، ارتش عرب را به آن سوی رودخانه دعوت کرد تا در یک نبرد منظم با آن روبرو شده و آن را در هم بکوبد. موسی با خوشحالی پذیرفت، از پلی در شمال شهر عبور کرد، نیروی استانی ساسانی را در یک نبرد سخت شکست داد و هرمزان را به فرار به رامهرمز وادار کرد. یک نیروی تعقیب معمولاً تهاجمی سواره‌نظام عرب، فرمانده تحت فشار ایرانی را مجبور کرد حتی بیشتر به شرق عقب‌نشینی کند. هرمزان از یک موضع قوی در پشت رودخانه دیگر با مسلمانان برای صلح مذاکره کرد و پیشنهاد داد که فتح اهواز توسط آنها را به رسمیت بشناسد در حالی که بخشی از منطقه خود را حفظ کند. با این حال، نیروهای کمکی ساسانی به تعداد زیاد به شمال خوزستان سرازیر می‌شدند به طوری که آماده‌سازی‌ها برای یک کارزار نظامی دیگر دیگر نمی‌توانست پنهان بماند.
در این مرحله، سعد به عنوان فرماندار کوفه توسط عمار بن یاسر جایگزین شد، که نیروهایی را به موسی فرستاد تا بدون تأخیر تهدید ایرانی را سرکوب کند. موسی از اهواز حمله خود را علیه نیروهای هرمزان در رامهرمز آغاز کرد، آنها را در یک درگیری سریع شکست داد و متعاقباً بیشتر شرق خوزستان را تصرف کرد. هرمزان به شمال به نقطه تمرکز ساسانیان در شوشتر - یک شهر بسیار مستحکم و دیواردار در دامنه‌های زاگرس - عقب‌نشینی کرد. موسی که از توانایی خود برای مقابله با چنین دژ قدرتمندی با نیروی فعلی خود مطمئن نبود، هزار جنگجوی تازه‌نفس از کوفه برای خود فرستاد. با این جنگجویان اضافی، موسی به شمال پیشروی کرد، شوشتر و هرمزان را تصرف کرد و به دنبال آن به نسبت سریع شهر بسیار باستانی شوش را گرفت. موسی پس از این پیروزی به بصره بازگشت و یکی از زیردستان خود را برای تصرف آخرین پادگان در خوزستان فرستاد؛ این جندی شاپور بود که تا اواخر ۶۴۱ موفق شد. با تصرف این شهر نهایی، تمام خوزستان و قلمرو ساسانی در غرب زاگرس اکنون تحت حکومت مسلمانان بود.
علیرغم از دست دادن عراق، ایران ساسانی در شرق مانع سنگی هنوز یک امپراتوری منسجم و قدرتمند با قلمروهای وفادار تا هند بود. یزدگرد پس از سقوط خوزستان به دست ارتش موسی، دستورات فوری به تمام استان‌های باقی‌مانده خود فرستاد تا نیرو بسیج کنند و آنها را به نهاوند، شهری در یک شریان اصلی حمل و نقل غرب، بفرستند. در طول بخش بعدی سال ۶۴۱، نیروهایی از شهرهای سراسر ایران و فراتر از آن، مانند اصفهان، ری، همدان و بسیاری دیگر به نهاوند رسیدند، تا اینکه در آستانه سال ۶۴۲، ارتشی متشکل از حدود ۶۰،۰۰۰ نفر گرد هم آمدند. در همان زمان، این نیروی ترسناک آخرین شانس یزدگرد برای تغییر جنگ به نفع خود بود. اگر اکنون شکست می‌خورد، همه چیز را از دست می‌داد. یک ژنرال ساسانی به نام مردانشاه برای رهبری ارتش منصوب شد، که به سرعت به مردان هشدار داد که عمر "اگر به سراغ او نروید، به دنبال شما خواهد آمد. او قبلاً مرکز امپراتوری شما را نابود کرده و به سرزمین امپراتور شما نفوذ کرده است." یک فرمانده مرزی ایرانی در خدمت خلافت متوجه این بسیج عظیم نظامی شد و با نگرانی خبر را به عمار بن یاسر در کوفه فرستاد، که بلافاصله اطلاعات را به عمر منتقل کرد. خلیفه در خطاب به مردم مدینه درباره این موضوع، با اعلام اینکه "این روزی است که آینده به آن بستگی دارد" هیچ شکی در اهمیت درگیری پیش رو باقی نگذاشت. خلیفه همیشه فعال قصد خود را برای نظارت بر نبرد اعلام کرد، اما مشاورانش او را منصرف کردند و اشاره کردند که این کار غیرضروری است. موضوع بحث‌برانگیزتر اختصاص منابع نظامی بود. عثمان می‌خواست کل ارتش خلافت متمرکز شود، اما داماد محمد - علی ابن ابی طالب - مخالفت کرد و به عثمان یادآوری کرد که محروم کردن سایر مرزها فقط بیزانسی‌ها، حبشی‌ها و دیگران را تشویق می‌کند تا استان‌های قدیمی خود را بازپس گیرند. در عوض، او پیشنهاد کرد که نیروهای کوفه، بصره و در امتداد مرز ایران هسته یک ارتش صحرایی را تشکیل دهند که با بسیج تازه‌نفس‌ها و کهنه‌سربازان از عربستان تکمیل شود. عمر با علی موافقت کرد و فرماندهی حمله پیشگیرانه را به کهنه‌سرباز قادسیه و فاتح شوش - نعمان بن مقرن - سپرد. نعمان پس از دریافت با اشتیاق فرمان خلیفه، نیروهای خود را جمع‌آوری کرد، از کوفه به شرق حرکت کرد و از دجله عبور کرد و در مسیر با تعدادی از واحدهای مرزی دیگر ملاقات کرد. مسلمانان با پیاده‌روی به سمت شمال شرق از تیسفون در امتداد رودخانه دیاله، در قصر شیرین تغییر جهت دادند و به درون کوه‌های زاگرس شیرجه زدند و در نهایت در دسامبر ۶۴۱ به نقطه تجمعی در تازر رسیدند.
با گردآوری ۳۰ هزار جنگجوی مسلمان، نعمان یک گروه پیشاهنگی را به دره نهاوند فرستاد تا موقعیت دقیق ایرانیان را مشخص کند. با فرا رسیدن شب، گروه پیشاهنگی بازگشت و گزارش داد که فعالیت کمی از ساسانیان در زمین‌های ناهموار و سنگی بین تازر و پایگاه ایرانیان مشاهده شده است. نعمان بلافاصله از این فرصت استفاده کرد و اردوگاه خود را جمع کرد و تمام ارتش خود را به شهر کوچکی به نام اسبیزهران برد که تنها ده مایل شمال غرب نهاوند و ساکنان ایرانی آن قرار داشت. زمانی که مردانشاه متوجه شد مهاجمان در حال نزدیک شدن هستند، با بیرون آوردن تمام ارتش خود از شهر پاسخ داد. او برای آماده‌سازی نبرد نهایی، ارتش انتقام‌جوی بزرگ ساسانی را در یک آرایش قلاب‌مانند به شکل L مستقر کرد که حول یک ویژگی مرتفع زمینی به نام "تپه قهوه‌ای" پیچیده شده بود. در حالی که سربازانش به سمت پایین شیب روبرو شده بودند، مردانشاه خود در بالای بلندی‌ها موضع گرفت، جایی که فرمانده امپراتوری دیدی عالی از کل منطقه داشت.
این موضع دفاعی هوشمندانه انتخاب شده دارای چندین ویژگی زمینی بود که قدرت آن را افزایش می‌داد: در مقابل خط مقدم ساسانیان یک جویبار کوچک قرار داشت که مردانشاه در امتداد ساحل آن میدان‌های مین از میخ‌های فلزی ضد سواره‌نظام قرار داده بود. علاوه بر این، جناح راست او - لبه کوتاه شکل معکوس L - به یک روستای مستحکم و تپه اردشان با ارتفاع ۳۰۰۰ پایی تکیه داشت، در حالی که جناح چپ که به سمت جنوب شرقی بود توسط یک انشعاب از جویبار محافظت می‌شد.
نعمان که با این دژ طبیعی روبرو شده بود و گزینه‌های دیگری نداشت، جنگجویان خود را در امتداد تمام جبهه مردانشاه مستقر کرد، درست در آن سوی جویبار و رو به بالای شیب. برادر نعمان، نعیم، بخش کوتاه L را رهبری می‌کرد، حذیفه بن یمان فرماندهی جناح راست را بر عهده داشت و قعقاع بن عمر نیز فرماندهی ذخیره سواره‌نظام خلافت بود. خود نعمان در مرکز قرار داشت.
این استقرار خلافت به مردانشاه فرصتی بالقوه داد تا یک حمله پیشدستانه به خطوط آماده‌نشده مسلمانان انجام دهد. با این حال، یا به دلیل اعتماد بیش از حد به استحکامات آماده شده یا محتاط بودن به دلیل شکست قبلی در جلولا، فرمانده میدانی امپراتوری در جای خود باقی ماند و به نعمان اجازه داد تا استقرار نیروهایش را تکمیل کند. این بی‌عملی احتمالاً اشتباه به نظر نمی‌رسید - مسلمانان بسیار دور از پایگاه‌های خود در عراق بودند و یا می‌توانستند با استحکامات خطرناک ایرانیان درگیر شوند یا منتظر بمانند، ذخایر خود را تمام کنند و در شرایط مرگبار عقب‌نشینی کنند.
یک ساعت پس از نماز ظهر اسلامی، زمانی که خورشید به بالاترین نقطه آسمان رسید، تمام ارتش مسلمان حمله خود را مستقیماً به سوی کمربند دفاعی مردانشاه آغاز کرد. هنگامی که به جویبار وادی رسیدند، پیاده‌نظام و سواره‌نظام مهاجم با باران مرگبار تیرهای ایرانی مواجه شدند که توسط تیراندازانی شلیک می‌شد که این مزیت را داشتند که از بالای شیب شلیک می‌کردند. بدتر از آن، سواران قعقاع به طور ناگهانی به میخ‌های فلزی برخورد کردند که منجر به نقص عضو و از کار افتادن بسیاری از اسب‌ها شد. با این حال، مردان نعمان در تمام جبهه پیشروی کردند و در تمام مسیر توسط تیراندازی تضعیف شدند. سپس، با حمله به سمت بالای شیب، مسلمانان به صفوف ساسانیان برخورد کردند و دو طرف درگیر نبرد تن به تن شدیدی شدند. یک درگیری فرسایشی آغاز شد که جایی برای ظرافت یا نبوغ تاکتیکی نبود، فقط وزن عددی، مهارت فردی، قدرت و انضباط تعیین‌کننده بود.
در برخی بخش‌های خط، احتمالاً بخش‌هایی که تحت فرمان نعیم بودند و شیب ملایم‌تری داشت، مسلمانان موقتاً موفق شدند سربازان مردانشاه را به عقب برانند، اما هر بار توسط ایرانیان مورد ضدحمله قرار گرفتند و به مواضع اولیه خود رانده شدند. در مناطق دیگر - نزدیک زرامین که شیب آن تندترین بود - ایرانیان حتی موفق شدند نیروهای خلافت را به آن سوی وادی برگردانند، اما آنها نیز به نوبه خود ضدحمله کردند و به جایگاه اولیه خود بازگشتند. نتیجه نبرد در حالتی نامعلوم قرار داشت، با اجساد و مجروحان هر دو طرف که زمین را پوشانده بودند - یا بی‌حرکت افتاده بودند یا از درد شدید فریاد می‌زدند. این کشتار جمعی تا شب ادامه یافت، زمانی که مسلمانان، بدون هیچ چشم‌اندازی برای شکستن خط ایرانیان در آن شب، عقب‌نشینی کردند و به اردوگاه خود بازگشتند.
ساعت‌های شب بدون درگیری گذشت، هر دو طرف مشغول جمع‌آوری کشته‌ها و مداوای زخمی‌های خود بودند. با طلوع فجر در روز دوم، نعمان ارتش خود را سازماندهی کرد و به شکلی تا حدودی غیرقابل‌توضیح، یک حمله دیگر از روبرو به آن سوی جویبار آغاز کرد که تمام روز طول کشید. پس از آنچه مورخ اکرم به شکلی شاعرانه "برداشت غم‌انگیز مرگ" نامید، مسلمانان دوباره عقب‌نشینی کردند، ناموفق و به شدت تلفات دادند.
هر دو ارتش در سپیده‌دم روز سوم دوباره صف‌آرایی کردند، اما ترکیبی از وحشت، عقلانیت تاکتیکی و احتمال شورش، ژنرال مسلمان را از انجام سومین حمله انسانی منصرف کرد. در عوض، او منتظر ماند تا ایرانیان از استحکامات خود خارج شوند و حمله خود را آغاز کنند، اما مردانشاه فرماندهی حیله‌گر بود که می‌دانست زمان متحد اوست و از جابجایی امتناع کرد.
پس از دو روز تنش‌آمیز، فرماندهان هنگ‌های ساسانی شروع به یورش به خط مسلمانان با گروه‌های کوچک کردند. این حملات محدود به پرسنل و تدارکات آسیب می‌زدند و سپس به سرعت به پشت خطوط دفاعی خود بازمی‌گشتند و نیروهای اسلامی را عصبانی می‌کردند. در حالی که حملات مداوم و شرایط سرد، ضربه‌های پیاپی به روحیه و قدرت مسلمانان وارد می‌کرد، مردانشاه شروع به جذب جریان ثابتی از نیروهای کمکی و تدارکات از همدان نزدیک کرد. وضعیت نمی‌توانست به همین منوال ادامه یابد، بنابراین نعمان تنها چند روز پس از حمله قبلی خود، یک شورای جنگی تشکیل داد.
مسن‌ترین همراه حاضر پیشنهاد کرد که مسلمانان اصلاً نباید حمله کنند و فقط به نابودی گروه‌های یورشگر که به آنها حمله می‌کنند، بپردازند. از آنجا که همه افسران مشتاق درگیری جدی بودند، این پیشنهاد با مخالفت مواجه شد. رهبر دیگری با روحیه جنگ‌طلبانه پیشنهاد کرد که حملات وابسته به جلو بدون توجه به عواقب از سر گرفته شود. این نیز به سرعت رد شد. سپس طلیحه بن خویلد - یک دشمن سابق اسلام و یکی از معماران پیروزی جلولا - صحبت کرد و یک تاکتیک هوشمندانه ارائه داد. او گفت مسلمانان باید "سواره‌نظام را در موقعیتی قرار دهند که جناح دشمن را دور بزنند و یک جبهه ضعیف نشان دهند، طوری که وانمود کنند در حال عقب‌نشینی هستند. اجازه دهید ایرانیان امید به پیروزی پیدا کنند و به سمت ما پیشروی کنند. سپس ما برگردیم و با آنها بجنگیم." این طرح مورد تأیید اکثر حاضرین قرار گرفت و به اجرا درآمد.
برای متقاعدکننده‌تر کردن توهم ضعف، به پیشنهاد طلیحه، مسلمانان همچنین شایعات دروغینی درباره مرگ خلیفه عمر منتشر کردند. در روزهای بعد، خبر "مرگ" عمر مانند یک طاعون ذهنی در میان ارتش خوشحال ایرانی پخش شد و امید به یک حمله علیه دشمنی که اکنون مطمئناً روحیه خود را از دست داده بود، برانگیخت.
در جمعه پس از آخرین حمله نعمان، نگهبانان ساسانی شروع به مشاهده تخلیه مواضع مسلمانان در آن سوی جویبار کردند: چادرها در اردوگاه مسلمانان جمع می‌شدند، وسایل بارگیری می‌شدند و گروه‌های کوچکی از مردان به سمت غرب حرکت می‌کردند. همه چیزهایی که مردانشاه می‌دید نشان می‌داد که ارتش مهاجم آسیب‌پذیر است و در آستانه عقب‌نشینی قرار دارد. بنابراین، این ژنرال طبق یک طرح از پیش آماده شده، چندین شکاف در کمربند میخ‌های فلزی در جناح راست خود ایجاد کرد و سربازانش شروع به عبور به بیرون کردند. عناصر پیشرو درست در خارج از میدان میخ‌های فلزی توقف کردند، منتظر ماندند تا نیروهای عقب برسند و در آنجا شروع به سازماندهی کردند. بر اساس منابع ما، مردانشاه ممکن است میدان میخ‌های فلزی را بازسازی کرده باشد تا سربازانش نتوانند فرار کنند.
پیاده‌نظام مسلمان که "در حال عقب‌نشینی" بودند، با مشاهده اینکه قرار است از پشت مورد حمله قرار گیرند، چرخیدند و به سرعت برای نبرد مستقر شدند، کمی عقب‌تر از قبل. البته، این همه بخشی از نقشه طلیحه بود و ژنرال ایرانی طعمه را کاملاً بلعیده بود. ارتش ساسانی نمی‌دانست که قعقاع و سوارانش در یک شکاف پشت تپه اردشان پنهان شده‌اند و آماده حمله هستند.
دو ساعت قبل از ظهر، مردانشاه به ارتش خود دستور داد به آرامی به سمت خط ثابت دشمن پیشروی کنند. هنگامی که ایرانیان به محدوده پرتابه‌ها رسیدند، شروع به شلیک تیر کردند تا مسلمانان را در فاصله‌ای بیشتر از برد کمان‌های عرب تضعیف کنند. بسیاری از جنگجویان خلافت که مجبور بودند فقط با سپرهای خود از خود دفاع کنند، مشتاق بودند تا با ساسانیان درگیر شوند و با آنها نبرد تن به تن کنند، اما نعمان که دید استراتژیک وسیع‌تری داشت، به آنها دستور داد ثابت بمانند.
پس از مدتی تضعیف مسلمانان با آتش پرتابه‌ها، مردانشاه یک حمله تمام‌عیار را آغاز کرد. این لحظه کلیدی نبرد بود، زیرا این حمله در نهایت جناح راست امپراتوری را از تپه اردشان و روستای مستحکم نزدیک آن جدا کرد. نعمان که در موضع دفاعی باقی مانده بود، نیروهای خود را از ضدحمله مؤثر بازداشت و به آرامی به روشی مشابه مرکز هانیبال در کانه عقب‌نشینی کرد. سپس، پس از مدتی تحمل این وضعیت، نعمان کمی پس از ظهر دستور ضدحمله داد و در همان زمان، سواره‌نظام قعقاع از پشت تپه بیرون آمد و گوه‌ای بین ایرانیان و موانع آنها ایجاد کرد. با این حال، مردانشاه یک واحد از ذخیره را جدا کرد که با سواره‌نظام مسلمان روبرو شد و قبل از تکمیل محاصره، آنها را نگه داشت.
در خط مقدم، نیروهای ایرانی به تدریج تحت فشار ضدحمله نعمان به عقب رانده شدند. اما سپس، ژنرال مسلمان با یک تیر مورد اصابت قرار گرفت، از اسب افتاد و از صحنه نبرد دور شد، در حالی که نعیم برای حفظ روحیه، خود را به جای او جا زد. اگرچه مقاومت ساسانیان کاملاً مصمم بود، اما تا اواخر بعدازظهر، نیروهای مسلمان که نیمی از دشمن را محاصره کرده بودند، به وضوح در موقعیت برتر قرار داشتند. ناگهان، با تاریک شدن آسمان، اکثریت ارتش مردانشاه فروپاشید و گریخت، زیرا نیروهای مقابل قعقاع هنوز مقاومت می‌کردند. در میان این هرج و مرج، طلیحه نیز کشته شد.
تعداد نسبتاً زیادی از سربازان ایرانی موفق به فرار از میدان نبرد شدند، اما بسیاری از جمله مردانشاه، یا توسط تعقیب‌کنندگان مسلمان کشته شدند، یا قربانی کمربند تقویت‌شده میخ‌های فلزی شدند، یا اسیر شدند. حذیفه پس از مرگ نعمان فرماندهی ارتش خلافت را به عهده گرفت و صبح روز بعد پیشروی کرد و بازمانده ساسانیان را در دارازید شکست داد. بخشی از ارتش شکست‌خورده پس از دومین شکست به داخل خود نهاوند عقب‌نشینی کرد، جایی که فرمانده جدید امپراتوری، دینار، شهر را بدون قید و شرط تسلیم کرد.
نهاوند آخرین نبرد بزرگ بین اسلام و ایران بود، نقطه‌ای که دیگر هیچ شکی باقی نماند - امپراتوری ساسانی سقوط خواهد کرد. به همین دلیل، نهاوند در نزد مسلمانان به عنوان "فتح الفتوح" (پیروزی پیروزی‌ها) شناخته می‌شود. یک دهه دیگر طول کشید تا تمام قلمروهای دورافتاده ایرانی در آسیای مرکزی و شرق ایران فتح شود، اما تا اواخر سال ۶۴۴، همانطور که نویسنده پیتر کرافورد می‌گوید، یزدگرد سوم عملاً "پادشاهی بدون پادشاهی" بود.
