建宁二年（169年）五月，东汉朝廷下诏，派谒者冯禅劝说汉阳散羌投降。
段颎认为正是春播时间，百姓都在田野劳动，羌人虽然暂时投降，但政府没有粮食救济，羌人一定会再次成为盗贼，不如乘虚进兵，势必消灭。
夏天，段颎亲自进驻离羌军驻扎的凡亭山（今甘肃平凉西北）四五十里的军营，派田晏、夏育率领五千人据守山上。
羌军全力发起攻击，厉声喝问：“田晏、夏育在这里不？湟中投降的那些羌人都去了哪里？今天要决一生死。”
面对气势汹汹的叛军，汉军十分害怕，田晏等人激励士兵，拚命力战，打败了羌军。
羌军溃散，向东逃跑，又聚集在射虎谷（今甘肃天水市西），分兵把守各谷上下门。
段颎计划把叛乱的羌人就此一举消灭，以免他们再次逃散，四处为患，于是派千人在西县（今甘肃天水市西南）结木为栅，宽二十步，长四十里，阻拦羌人。
到了晚上，段颎分派田晏、夏育率七千人，乘着夜色，悄悄地摸上西山，离羌军一里许构筑阵地。
又派司马张恺等率三千人上东山。
羌军发现汉军，向田晏等人发动进攻，分别遮堵汲水道。
段颎亲率步兵、骑兵，进击水上。
羌军退走，被张恺等人挟东西山险要，挥兵进击，大败溃散。
段颎追至谷上下门穷山深谷之中，连连击破羌军阵营，斩其主帅以下一万九千级，获牛马骡驴毡裘庐帐什物，不可胜数。
冯禅招降了汉阳散羌四千人，分别安置在安定、汉阳、陇西三郡。
至此，东羌也全部平定。
段颎共与羌人一百八十战，斩敌首三万八千六百余级，获牛马羊骡驴骆驼四十二万七千五百余头，用费四十四亿，损失军士四百余人。
段颎因功进封为新丰县侯，邑万户。
段颎行军仁爱，士卒有疾病，他都亲自慰问、裹伤，其在边境十多年，没有睡过一晚好觉，与将士同甘共苦，军士都愿为他死战，故能百战百胜，多有战功。
但他残暴成性，杀人如麻，史学家范文澜先生在《中国通史简编》说他是“有一个完全兽性称号的大名将”，“羌人受了大祸，段颎等人发了又大又快的财”。
段颎为了保住自己的官位和富贵，曲意逢迎宦官，甘为中常侍王甫的党羽，为人所不齿。
光和二年（179年），因人劾奏，王甫被诛，段颎以党羽下狱，饮鸩自杀。
唐建中三年（782年），礼仪使颜真卿向唐德宗建议，追封古代名将六十四人，并为他们设庙享奠，其中就有“太尉新丰侯段颎”。
宋宣和五年（1123年），宋室依照唐代惯例，为古代名将设庙，七十二位名将中亦包括段颎。
在北宋年间成书的《十七史百将传》及明代成书的《广名将传》中，段颎亦位列其中。
真可谓一将功成万骨枯。
第三次羌变平定之后，一部分羌人被董卓招募为士兵，成为其手下主力，一部分羌人迁居内地，在东汉末年诸侯混战之时，乘机与匈奴联合，共同攻杀掠夺，中原大地惨遭其祸，直至曹操统一北方，才结束了混乱局面，重新归于稳定。
汉安帝以前，东汉王朝对羌变采取进剿与安抚并重、以安抚为主的策略，虽有多次羌变，但很快就被召抚，双方损失都不大。
汉安帝之后，东汉政府多采用镇压政策，相应地，羌人的反抗也就更加激烈，虽然也有几位主张怀柔安抚政策的官员和将领，但都不得势，镇压派成为主流，特别是段颎等人，对羌人完全是血腥镇压，赶尽杀绝，双方不死不休，损害巨大。
东汉王朝与羌族的战争，连绵百余年，耗费巨资达千亿计，致使国库空虚，河西地区动乱不绝，社会经济遭到严重破坏，百姓流离失所，民不聊生。
同时，在漫长的平羌战争中，董卓等军阀逐渐壮大，被大将军何进所招，进京勤王，拉开了东汉末年，烽火连天的序幕。
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