А. З. Мышлаевский замечает, что: «…после трехдневной работы пехота ухудшила свое положение. Она приковала себя к окопу, разбитому столь неудачно, что защитники его не только не были в состоянии извлечь всю пользу из оружия и в полной мере воспользоваться поддержкой конницы, но поставили себя в рискованное положение также и в минуту отступления».
Карл XII решил сделать русским сюрприз и перейти Бабич прямо посреди болота, разделявшего дивизии Шереметева и Репнина, а выбравшись на твердую сушу – попытаться зайти им в тыл. Для того чтобы Шереметев и Меншиков не оказали помощи Репнину, король двинул обоз и часть кавалерии для демонстративных действий севернее Головчина.
Передвижения на шведском берегу были замечены русским постом. В тот же момент началась артиллерийская канонада. Репнин во главе гренадерского полка прибыл к мосту, не дав шведам смять слабый караул. Но русская артиллерия так и не сумела показать себя в этом бою: шведской артиллерии удалось подавить огонь русских пушек, и после получасового боя каролинцы захватили мост. Сопротивление продолжалось еще некоторое время, но, видя превосходство сил каролинцев и отсутствие помощи, князь отдал приказ об общем отступлении. Шведский участник этого дела позже вспоминал: «Русское командование имело все шансы остановить шведские полки, утомленные переправой и значительными потерями, но вместо этого я с изумлением увидел, как они стали в беспорядке отступать в лес».
«Воевода среди Петровских генералов», князь Репнин не смог предпринять решительных мер к отражению наступления неприятеля. Сражение при Головчине длилось в общей сложности около 8–9 часов и закончилось победой шведов. Потери с обеих сторон были значительные: согласно П. Энглунду, русские потеряли убитыми и ранеными пять тысяч, а шведы – до 1200 человек. Однако, кроме некоторых полков дивизии Репнина и драгун Гольца, понесших значительный урон в людях, лошадях, остальная часть русской армии в полном порядке отступила с поля боя, прикрываясь сильным арьергардом.
Под Головчино шведы победили той же тактикой, что и под Нарвой, ударом по центру под прикрытием артиллерии и блокировкой обоих флангов.
Оценка итогов сражения при Головчине 3–4 июля 1708 г. как в русской, так и в иностранной литературе неоднозначна. Иностранные исследователи, как правило, переоценивают значение Головчинской победы шведского короля, говоря о разгроме русской армии, хотя это слишком большое преувеличение. Сам Карл XII ценил эту победу очень высоко. Для поддержания реноме шведской армии и боевого духа солдат он приказал изготовить памятную медаль с надписью «Побеждены леса, болота, оплоты и неприятель».
