Cuộc phản công lớn thứ hai của Võ hoàng với người Khiết Đan diễn ra cùng tháng 10 năm 696, lợi dụng cái chết gần đây của Vô Thượng Khả hãn Lý Tận Trung. Lần này, quân Chu tấn công Khiết Đan từ phía nam và quân Đột Quyết xâm lược Khiết Đan từ phía bắc. Thiên Thiện Khả hãn A Sử Na Mặc Xuyết cùng con là A Sử Na Bặc Câu và tướng A Sử Đức Nguyên Trân đánh vào đất Tùng Mạc của Đại Khiết Đan quốc (nơi Khả hãn Tôn Vạn Vinh đang ở), bắt được thê tử, gia quyến của Lý Tận Trung và Khả hãn Tôn Vạn Vinh cùng gia quyến của Tôn Vạn Vinh, tàn sát người Khiết Đan trong thành. Tàn quân Khiết Đan thua trận phải rút về Doanh Châu phía nam. A Sử Na Mặc Xuyết, A Sử Na Bặc Câu và A Sử Đức Nguyên Trân lại đánh chiếm Doanh Châu, tiếp tục tàn sát người Khiết Đan trong thành. Tàn quân Khiết Đan lại lui sang Chongzhou và Thành Châu phía đông bắc Doanh Châu. Quân nhà Chu của Võ hoàng cũng kéo đến Doanh Châu hội quân với Thiên Thiện Khả hãn A Sử Na Mặc Xuyết của Hãn quốc Hậu Đột Quyết. Liên quân Chu - Đột Quyết tấn công thành Chongzhou và Thành Châu nhằm diệt tàn quân Khiết Đan ở đây nhưng người Khiết Đan quá dũng mãnh khiến liên quân chỉ còn cách cho quân vây thành Chongzhou và Thành Châu, chờ tàn quân Khiết Đan trong thành hết lương thực sẽ quy hàng. Liên quân Chu - Đột Quyết kế đó chia quân đi tấn công các thành trì mà quân Khiết Đan của Lý Giai Cố và Lạc Vũ Chỉnh đang kiểm soát ở phía nam Doanh Châu gồm Du Quan, Đàn Châu, Bắc Bình, Ngư Dương, U Châu, Úy Châu, Dịch Châu, Mã Ấp và Nhạn Môn Quan. Thấy quân Khiết Đan còn mạnh nên liên quân cũng tiến hành bao vây những thành trì này đợi người Khiết Đan hết lương thực sẽ lui quân. Võ hoàng bằng lòng khi Tôn Vạn Vinh đã bị bắt và bọn Lý Giai Cố cũng sắp bị tiêu diệt rồi nên bà ban cho Thiên Thiện Khả hãn A Sử Na Mặc Xuyết nhiều vàng, lụa, sắt cùng công cụ cày cấy. Quân Đột Quyết trao hai thành Doanh Châu và Tùng Mạc cho quân Chu rồi lui về phía tây. Người Khiết Đan chịu tổn thất nặng nề trong chiến dịch này, nhưng Khả hãn Tôn Vạn Vinh đã vượt ngục và chạy đến thành Chongzhou. Tôn Vạn Vinh đã cố gắng đứng vững và thúc đẩy tinh thần người Khiết Đan, tụ tập lại người Khiết Đan.