龐勛親自帶兵出徐州，先向西到宋州、亳州，想兩線帶面，打破唐軍的包圍圈。但宿州守將張玄稔叛變投降了康承訓(xùn)，轉(zhuǎn)引唐軍進(jìn)攻反攻徐州。經(jīng)過(guò)數(shù)次激戰(zhàn)，徐州攻破，守將許佶等戰(zhàn)死。各地連續(xù)失守，龐勛的日子越來(lái)越不好過(guò)了。

龐勛帶兵攻打宋州失利，又準(zhǔn)備轉(zhuǎn)攻亳州，在攻途中遭遇沙陀騎兵追擊。沙陀騎兵死死咬住龐勛，日夜奔波，連吃飯的空都不給他留，就這樣被趕到蘄縣，準(zhǔn)備渡河，守將李袞阻斷橋梁，令唐軍擺好陣勢(shì)準(zhǔn)備抵抗。龐勛及其手下渡不過(guò)河，不知往哪里去為好，轉(zhuǎn)至蘄縣西面，這時(shí)唐軍趕到，縱兵進(jìn)擊，龐勛軍死傷近一萬(wàn)人，剩余的都跳河而淹死，投降的才一千人，龐勛也戰(zhàn)死，但戰(zhàn)死的龐勛沒(méi)有人認(rèn)識(shí)他，數(shù)天后，才找到他的尸體。同時(shí)在宿遷縣等地的幾個(gè)營(yíng)寨的士兵也都?xì)⑺朗貙⑼督怠?/p>

龐勛起義終告失敗。時(shí)為咸通十年（869年）九月。

這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，還連帶出了一個(gè)副產(chǎn)品：西突厥沙陀勢(shì)力從此坐大，并成為晚唐時(shí)期逐鹿中原很具實(shí)力、影響全局的軍閥力量。

沙陀是西突厥的別部，名為處月，又被音譯為朱邪。朱邪分布在金娑山（今新疆維吾爾自治區(qū)博格多山，一說(shuō)為尼赤金山）南，蒲類海（今新疆東北部巴里坤湖）東，由于駐地有沙磧，且名為沙陀磧（今新疆古爾班通古特沙漠），所以對(duì)外號(hào)稱沙陀部。突厥習(xí)慣以部落的名稱為姓氏，所以沙陀部落的人都姓朱邪。

因鎮(zhèn)壓龐勛有功，朱邪赤心被拜為單于大都護(hù)，振武軍節(jié)度使，并賜姓李，名國(guó)昌。李國(guó)昌有個(gè)兒子叫李克用。這可是個(gè)大名鼎鼎的人物，李克用跟隨父親前往江淮平定龐勛時(shí)才十五歲，雖年少，但他文武雙全，騎射出色，立了不少汗馬功勞，之后被皇帝封為云中牙將，從此在晚唐歷史中扮演了重要角色。他的兒子李存勖在唐朝滅亡后建立后唐，為“五代十國(guó)”的五代之一。

龐勛起義前后共一年零兩個(gè)月，是唐末繼裘甫之后的又一次大的起義，與南方的裘甫起義相比，有許多點(diǎn)都驚人相似，故龐勛叛亂也更像是黃巢起義的先驅(qū)。它始于唐代邊遠(yuǎn)的戍軍發(fā)難，到周邊大量農(nóng)民的加入，其影響深遠(yuǎn)，并且他離黃巢的家鄉(xiāng)很近。龐勛雖被鎮(zhèn)壓，但在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中凸現(xiàn)出許多唐朝崩潰的潛在問(wèn)題和力量，并為王仙芝、黃巢起義做好了準(zhǔn)備。這也就史家評(píng)論“唐亡于黃巢而禍基于桂林”之意。