636年11月19日，第四天
第三天的战斗持续到凌晨，天色破晓乃止。按理说，第四天将无战事。似乎鲁斯塔姆及军队自然持此想法。而赛义德与声望日显的战场指挥卡卡却将之视为破敌良机。卡卡晓谕士卒，波斯人日夜作战，现已疲顿，若休战后掩其不备，穆斯林必胜。于是，阿西姆的左中战队攻袭贾利努斯的右中战队，随后穆斯林余部全线发起总攻。萨珊军队被打得措手不及。在穆斯林骑兵的侧翼攻击下，贾利努斯与霍尔穆赞所部不久即被阿西姆和舒拉比尔所部杀得节节败退。霍尔穆赞稳住波斯右翼。由于祖赫拉与阿卜杜拉跟不上阿西姆的进兵速度，霍尔穆赞反击成功，阿西姆两翼失去保护，所部被迫后退。
而正当此时，波斯士兵开始听到消息：已发生一件成败攸关的大事。卡卡趁先前阿西姆战胜贾利努斯之机，引一队穆巴里津，突破波斯右中战队，将鲁斯塔姆斩杀。主帅的死讯在波斯军队中传开。再者，波斯人已苦战三日，昨夜几乎目不交睫，此刻神疲力倦，军心遂开始浮动。鲁斯塔姆既亡，彼军士气低落，赛义德命疲敝之师发起最后的总攻，以趁机破敌。在穆斯林新一轮的猛攻之下，波斯防线终被击垮，继而溃散。
鲁斯塔姆死后，波斯军队由贾利努斯指挥。他虽无力挽回败局，似乎却让余部溃而不散，有序横渡阿提克河及幼发拉底河，回撤泰西封。然而，一如耶尔穆克之战后的穆斯林，赛义德对败敌穷追猛打。贾利努斯在阿提克河及幼发拉底河建起桥头防守阵地，使大批残兵安全通过，但波斯军队甫一暴露于美索不达米亚的冲积平原，即遭赛义德骑兵残忍追杀。与瓦汉所部的命运极其相似，鲁斯塔姆带出泰西封的人马尽皆覆没。
据称，希拉克略与伊嗣俟三世拟于635年协同作战，甚至或曾联姻以巩固协定。不过，即使确曾联姻或有此打算，希拉克略许配伊嗣俟三世的女子姓甚名谁，她与罗马皇帝有何瓜葛，皆无从确知。再者，除试图各自取胜外，罗马皇帝与波斯王希望如何联手亦难确知。罗马属叙利亚和波斯属美索不达米亚这两处战场彼此完全独立，只是罗马军队或曾参加菲拉兹之战，还有634年岁初哈立德进兵大马士革时以及哈希姆增援卡迪西亚时曾跨越两个战场。罗马与波斯若曾联合，必有同时行动和重大胜利，实则两者俱无。罗马与波斯的各自反攻相隔数月，瓦汉和鲁斯塔姆均未能击败穆斯林对手。

卡迪西亚之战（636）：第四天，波斯军队溃败

当然，有关联手之说，最重要的一点在于，瓦汉和鲁斯塔姆非但未尝决胜，反遭惨败，叙利亚和美索不达米亚的防线因之尽毁。至次年底，罗马人被迫退回托罗斯山以北，欲建立能保全安纳托利亚诸行省的防线，而波斯军队在卡迪西亚会战后，又屡尝败绩，一再退却，不单美索不达米亚沦丧敌手，且在随后二十年，萨珊帝国几近覆亡。