Во время кампаний Лукулла в этом регионе неоднократно происходили сражения. Территория была сильно опустошена и разграблена, так что армии Понта в ожидании римского вторжения было трудно находить продовольствие. Дезертирство наказывалось распятием на кресте, ослеплением или сожжением заживо. Однако, несмотря на все эти жестокие меры, многие солдаты продолжали бежать из армии царя. Митридат отправил послов в лагерь римлян, интересуясь, отнесется ли Помпей к нему с такой же мягкостью, как к пиратам. Ответ был краткий: сдача без всяких условий.

Когда положение с продовольствием еще больше ухудшилось, царь отступил в глубь своей территории. Римляне были подготовлены к войне куда лучше, и, когда Помпей последовал за понтийской армией, легионы снабжались продовольствием с его баз в провинции. Митридат приказал своей кавалерии нанести удары по линиям снабжения римлян, это вызвало лишь перебои с поставками, но не остановило преследователей.

К этому времени армии достигли той части Понтийского царства, которая известна под названием Малая Армения, Ее плодородные земли почти не были затронуты войной, но отрядам фуражиров Помпея было трудно действовать вблизи уверенного в себе противника, а римские склады с припасами теперь находились слишком далеко.

Митридат разбил лагерь на возвышенности, так что прямая атака на хорошо укрепленные позиции вряд ли могла оказаться успешной. Помпей встал лагерем на лесистом участке, где понтийская кавалерия не могла действовать свободно. Узнав об этом, Митридат несколько ободрился, решив, что его соперник прежде переоценил свои силы, а теперь наконец осознал, насколько слаб. Царь охотно принял вызов, когда Помпей на следующее утро послал вперед значительную часть своей кавалерии к понтийскому лагерю. Всадники Митридата вступили в бой и, когда римская кавалерия стала отступать, кинулись ее преследовать.

Войска Митридата продвигались вперед, пока Помпей не привел в действие находившиеся в засаде силы. Отряд из 3000 легких пехотинцев и 500 кавалеристов был спрятан ночью в заросшей кустарником долине между двумя лагерями. Этот отряд неожиданно напал на кавалерию Митридата сзади. С некоторыми понтийскими всадниками справились римские пехотинцы, поскольку всадники не могли воспользоваться своим основным преимуществом — скоростью. Краткий бой — во многих отношениях напоминающий тактику, которую использовал Серторий против Помпея в Испании, — полностью подорвал боевой дух гордой кавалерии Митридата и веру в них царя.

Точная хронология кампании неизвестна, но в определенный момент к Помпею прибыло подкрепление из трех легионов, которые ранее составляли гарнизон в Киликии, так что численность войска Помпея стала превышать 40 000 человек, правда многие солдаты уже были утомлены долгой кампанией. Теперь римский полководец имел заметное численное превосходство над царем Понта, но Митридат решил вступить в бой только, находясь на своих позициях на возвышенности, что заранее давало ему преимущество. Тогда Помпей решил лишить неприятеля снабжения продовольствием. Используя увеличение численности своих солдат, он построил вокруг вражеского лагеря кольцо укреплений, соединенных рвом и стеной. Их общая длина достигала 150 стадиев (stades) или 19 миль, и они походили на систему укреплений, построенную Крассом в Южной Италии и — несколько лет спустя — Цезарем в Галлии.

Теперь римская армия получала провиант из Акилисены, области в верховьях Евфрата, в то время как отряды фуражиров Митридата действовали, подвергаясь большому риску угодить в засаду. Вскоре понтийские солдаты начали забивать и есть своих вьючных животных. Возможно, из-за труднопроходимой местности в линии укреплений римлян все же оставались бреши, так что армии Митридата удалось выскользнуть из окружения под покровом темноты. Чтобы римляне ничего не заподозрили, они оставили в своем лагере горящие костры.

Ранее Митридат договорился о встречах с потенциальными союзниками. Вырвавшись из окружения, царь направился в Армению, надеясь объединиться со своим старым союзником Тиграном. Он передвигался главным образом по ночам, полагаясь на знание дорог, и каждый день разбивал лагерь на возвышенностях, на которые Помпей вряд ли решился бы напасть. Местность была гористой, и найти такое место не составляло особого труда.

Помпей не отставал от царя, но не мог атаковать его армию во время марша. Наконец он послал патрули разведать дороги через горы. Они обнаружили перевал, окольным путем соединявшийся с дорогой, по который следовал Митридат. Помпей повел свою армию по новому пути, уверенный, что успеет опередить царя. Как обычно, он передвигался днем и гнал своих солдат по труднопроходимой местности под палящим солнцем. Когда легионеры добрались до теснины, через которую проходила главная дорога, и начали устраивать там засаду они, вероятно, были сильно утомлены. Митридат ничего не знал об этом маневре и, возможно, уже начал надеяться, что римляне вообще прекратили преследование. Его армия в сумерках продолжала свое отступление. Как всегда, это была плохо организованная колонна, в которой смешались целые подразделения и отдельные солдаты, их жены и слуги. Таким образом, они совершенно не были готовы дать отпор.

Как только вся армия врага оказалась в теснине, Помпей приказал трубачам протрубить атаку, а легионерам прокричать боевой клич и ударять оружием по своим щитам. Армейские же повара должны были звенеть кухонной утварью. За волной шума незамедлительно последовал шквал метательных снарядов — пилумов, стрел и даже камней, бросаемых со склонов. Затем римляне ударили на охваченного паникой неприятеля. Луна светила легионерам в спину, и они отбрасывали длинные зловещие тени. Те из понтийцев, кто еще решил сражаться, ошиблись и слишком рано метнули свои дротики. Кое-где толпа была настолько плотной, что люди не могли ни сражаться, ни бежать, и были убиты на месте.

Некоторые понтийские солдаты храбро сопротивлялись, но в исходе боя сомневаться не приходилось. Армия Митридата была почти полностью уничтожена. Плутарх и Аппиан утверждают, что 10 000 человек было убито, а остальные захвачены в плен вместе с обозом. Царю удалось бежать с небольшим отрядом всадников, и позднее он присоединился к нескольким тысячам пехотинцев. Плутарх заявляет, что поначалу у него было всего трое спутников, одним из которых являлась его наложница Гипсикратия, которую царь называл на мужской манер Гипсикратом за храбрость, с которой она сражалась в бою верхом.

Царь бежал в свою крепость Синора, где у него хранилось множество сокровищ, часть их он использовал, чтобы наградить сторонников, сохранившйх ему верность. Когда Тигран отказался пустить беглецов в Армению и назначил цену за голову Митридата, царь направился на север своего царства в Херсонес (современный Крым), следуя по восточному берегу Понта Эвксинского (Черного моря), чтобы не сталкиваться с римским флотом, патрулирующим его воды.

Помпей отправил в погоню за царем лишь небольшой отряд, который скоро упустил беглецов. Помпею теперь было необходимо разобраться с Тиграном и Арменией. Парфянское вторжение, спровоцированное римской дипломатией и поддержанное мятежным сыном армянского царя, которого тоже звали Тиграном, помешало правителю Армении помочь своему союзнику и зятю Митридату. Несмотря на свой возраст — ему было около семидесяти лет, — Тигран отразил атаку захватчиков, когда они напали на его главную крепость Артаксату. Тем не менее когда армия Помпея двинулась на него, он быстро понял, что лучше заключить мир, даже если ему придется отдать часть своей земли и власти.