Неудачу потерпела и первая линия русских войск, в которой находились драгунские полки К. Ренне, Г. Пфлуга, Б. Гагарина, П. Мещерского, Г. Волконского, М. фон Шульца, Г. фон Розена и Р. Боуера. Она была опрокинута шведами. Однако этот временный успех только ускорил гибель неприятельской конницы. Увлеченная преследованием русских драгун, она была охвачена свежими силами второй линии, где стояли полки М. Нетлегорста, фон Шауенбурга, Г. Гейне, Я. Генскина, А. фон Штольца, И. фон Милленфельзена и Н. Ифлянта, и «истреблена совершенно». Спастись удалось лишь одной-двум сотням всадников под командованием Э. Д. Крассау, которые успели отступить к Познани.
Шведская пехота осталась без прикрытия конницы. Построившись в каре, она продолжала мужественно защищаться. А. Д. Меншиков вынужден был спешить несколько эскадронов драгун, которые предприняли штыковую атаку против шведов. В критический момент боя Меншиков сам возглавил атаку и получил ранение.
Видя бесполезность сопротивления, Мардефельд сдался русским. На следующий день так же поступили засевшие в вагенбурге поляки Потоцкого, а также часть поляков, остававшихся в Калише.
Квартирмейстер русских войск писал через несколько дней после баталии Я. В. Брюсу: «И говорят в нашей квартире про неприятельских людей, с которыми у нас была баталия, вельми бежали и скучали; и где стал, в том доме был на мал час писарь Потоцкой, и скучал вельми о своей жене, что она в местечке в Калишках в кляшторе (католическом монастыре)».
Потери неприятеля составили «с четыре тысячи и более человек шведов, да с тысячу поляков и волохов». В плен попали более 5 тысяч человек (из них 2598 шведов). Потери с русской стороны составили: ранеными — 324, убитыми — 84 человека.
А. Д. Меншиков отправил Петру I подробную реляцию, которая заканчивалась словами: «Не в полхвалбу вашей милости доношу: такая сия прежде небываемая баталия была, что радошно было смотреть, как со обоих сторон регулярно бились и зело чюдесно видеть, как сие поле мертвыми телами устлано… И сею преславною викториею вашей милости поздравляю и глаголю: виват, виват, виват. Дай Боже и впредь такое оружию вашему щастие».
В награду за Калишскую победу Меншиков был награжден драгоценной тростью стоимостью 3064 рубля, сделанной по чертежу самого царя.
Вот как описывает ход Калишской баталии Н. И. Павленко: «Сражение началось пушечной дуэлью и на первом этапе шло с переменным успехом. Когда русские полки сблизились с неприятелем, то первыми не выдержали натиска поляки Станислава Лещинского — они бросились наутек и укрылись в обозе, стоявшем позади расположения войск Мардефельта. Польская кавалерия, развивая успех и преследуя поляков Станислава Лещинского, напоролась на шведскую пехоту, плотный огонь которой вынудил ее отступить. Преследуя отступавших, шведы попали под огонь русских драгун, но, построившись в каре, защищались так упорно, что драгуны ничего с ними не могли поделать до тех пор, пока Меншиков не распорядился спешить несколько эскадронов. Они-то вместе с отправленной князем на фланги кавалерией и решили успех сражения». Успех в этом сражении, по мнению Н. И. Павленко, «определили русские войска и энергичные действия Меншикова».
