Турки заметили неподвижность армии Румянцева, но думали, что она происходит от осознания собственной обреченности. В 10 часов утра 20 июля турецкая армия снялась со своей позиции и двинулась к селению Грачени. Румянцев наблюдал это движение с высокого холма. При виде турецкой армии, остановившейся к вечеру в двух верстах не доходя Траянова вала и выбирающей позицию, Румянцев – несмотря на малочисленность своей армии, в которой после отвлечения до 6000 человек на прикрытие обозов оставалось всего 17 000 человек – сказал окружавшему его штабу: «Если турки осмелятся в этом месте разбить хоть одну палатку, я их атакую в эту же ночь».
Турецкая армия разбила свой лагерь в семи верстах от русских войск, на левом берегу реки Кагул, близ ее устья. После рекогносцировки русской позиции 19 июля визирь составил следующий план атаки: имитируя наступление на центр русской армии, все главные силы устремить на левое крыло, стараясь опрокинуть русских в реку Кагул. При звуке выстрелов крымский хан должен был перейти реку Сальчу и всеми своими силами ударить с тыла. По сведениям, полученным от пленных, визирь и хан планировали атаку на 21 июля.
Румянцеву было необходимо атаковать турок прежде, чем татары успеют напасть с другой стороны. Поэтому в час ночи на 21 июля русские войска выступили с позиции и, соблюдая тишину, проследовали к Траянову валу. Во время этого движения в турецком лагере произошла фальшивая тревога со стрельбой, но затем вновь восстановилось спокойствие. На рассвете русская армия перешла Траянов вал и выстроилась в линии. Когда турки заметили атакующих, они послали массы конницы, которая растянулась перед всем русским фронтом и повела атаку. Русские силы остановились и открыли огонь. Особенно эффективен был огонь артиллерии. Когда артиллерия отбила атаку на центр, турки переместили удар вправо для усиления атаки на колонны генерала Брюса и князя Репнина. Воспользовавшись лощиной между этими каре, турки окружили их со всех сторон.
В это время Румянцев отправил резервы из атакованных колонн для занятия лощины и создания угрозы турецким путям отступления к лагерю и ретраншаментам. Этот маневр удался: турки, боясь потерять пути отступления, бросились из лощины к ретраншаменту под картечным огнем русской артиллерии. При этом остальная турецкая конница, атаковавшая каре на правом и левом флангах, также поспешно отступила. Неуспех сопутствовал туркам и на левом их фланге, где генерал Баур не только отбил атаку, но и перешел в наступление и под огнем успешно штурмовал 25-пушечную батарею, а затем захватил и ретраншамент, овладев 93 орудиями.
