不利的消息一个接一个传来，由余感到身形疲惫、心力交瘁。他清楚策划这一系列事件的幕后黑手就是秦国人，他感到巨大的灾难正向自己接近，他曾对儿子说：“与秦人对抗的结果想想都害怕。”
由余思前想后，他无力也无心再为自己抗争、为西戎尽忠了；他就借着打猎的名义，在秦国间谍的帮助下逃离西戎、投奔秦国而去。
由余对西戎各部情况了如指掌，他位高权重，与高级贵族们也非常关系密切；他的叛逃不仅是西戎的重大损失，而且是秦国的巨大收获。秦穆公赐给他卿士的高位，同时命他辅助孟明执行伐戎计划。
由余投奔秦国不久，戎王的使者也到来了。他提出两点要求：一、继续贡献能歌善舞的美少女，多多益善；二、把由余交给他们带走。
秦穆公大怒，他回复道：“八佾已是天子之数，戎子竟然还嫌不够，难道他要凌驾天地之上吗戎子不能用由余，所以由余逃到秦国；现在他已经做了卿士，戎子想要拘捕秦国的卿，就是想对秦国开战了寡人无所逃命，必将奉陪到底”
秦人把使者赶出都城，随即开始召集军队。由余给那位曾霸占十二钗的仇如写了一封信，内容是：“你与我从小一起长大，又结为异姓兄弟，你知道我是不会干出那种龌龊事来的。但是由于你的原因，我失去了在西戎的一切，不得不逃死秦国。
“秦军就要西征，你的部落距秦最近，我当然可以提议首先进攻你，你的部落一定会最先毁灭。但是我决定给你一个机会：如果你能成为秦军的先锋，像毁灭你的异姓兄弟一样毁灭曾经羞辱你的仇人，你不但不会受攻，而且能得到戎王所拥有的一切”
七月，秦军悉起，发动对西戎的全面战争；不久，仇如率部落向秦军投诚。随后联军在部落联盟间的腹心之地撕开一道口子，使各部落左右不能相顾。孟明选拔了一支精锐部队，并将指挥权交给由余。由余带着这支精锐与仇如的军队合兵一路，目标直指西戎王庭。戎王无法组织起有效的防御，结果爬上一辆拉着妇女的大车仓皇北逃。
戎王的逃跑使得联盟分崩离析。秦军各个击破，终于在冬季刚刚来临之时结束了战争。这次西征秦军灭亡了十二个大部落，辟地千里。其他国家和部落的使节纷纷涌入雍都，对秦国取得的伟大战绩表示祝贺，对秦国灭亡十二个部落表示赞赏，并愿意拥戴秦穆公为王，秦国终成西域霸主。