司马欣想收集岸上人马，退回成皋，但汉军已从三面杀到。楚军慌乱应战，死伤甚多，不少仍被逼进汜水中。
曹咎在水中，进退两难，本想指挥水中楚军拼命往前，登岸后与汉军决一死战。不料，一声锣响，岸上涌出无数汉军弓箭手，不得已又招兵回渡。
岸上汉军，见曹咎回撤，遂齐声喝道：“曹咎哪里逃?”
随着喊声，万箭齐发，水中楚兵多被射死。曹咎也身中数箭，自知性命难逃，遂长叹一声：“如遵项王之嘱，哪有今日之败?”拔剑自刎而亡。
司马欣率领残兵，本想杀出一条血路，冲出重围，但他不是樊哙的对手，没战多久，就被砍伤多处，自知难以脱身，及闻曹咎战死，也举枪自刺，断喉而死。
曹咎全军覆灭，汉军大获全胜。刘邦渡过汜水，再取成皋城。成皋之战，是楚汉战争中有重要意义的一战。此战，使楚强汉弱的形势发生了根本的变化；此战，使刘邦夺回了荥阳、成皋一线的主动权，由战略防御转向了战略进攻；此战以后，汉军逐步完成了对楚军的战略包围，为楚汉决战打下了基础。
刘邦进入成皋后，安抚百姓，奖赏有功将士。又派出一支人马，入据敖仓，运粮以供军饷。