Римское войско насчитывало 26 тысяч человек, а македонское — 40 тысяч. Сражение началось едва ли не случайно — со столкновения римских фуражиров с македонским конным разъездом. С обеих сторон стали прибывать подкрепления, и, в конце концов, в бой вступили главные силы. Македонская армия переправилась через реку Левкое и выступила навстречу римлянам. На правом берегу Левкоса она выстроилась в фалангу и пошла в наступление. Первую линию составляли союзники — фракийцы, вторую — греческие и иллирийские наемники, третью — собственно македоняне, составлявшие наиболее боеспособную часть войска. Римские легионы не выдержали натиска сомкнутого строя фаланги и отступили к горе Олкор. Однако по мере продвижения вверх по предгорью строй фаланги нарушился, и в ней образовались разрывы. Павел приказал тем центуриям легионов, которые оказались перед промежутками неприятельского фронта, войти в эти разрывы и атаковать разрозненные части фаланги с флангов. В ближнем бою длинные копья македонян оказались бесполезны, а более длинные и тяжелые мечи римлян превосходили короткие и легкие македонские мечи. Положение армии Персея усугубилось тем, что в этот момент македонская конница была разбита римскими всадниками и покинула поле сражения. Вслед за кавалерией в беспорядочное бегство обратилась и македонская пехота.
Как утверждают римские историки, воды Левкоса были красными от крови павших македонян еще и на следующий день после битвы, а телами убитых была усеяна вся равнина и предгорье. Потери македонской армии будто бы составили 20 тысяч убитыми и 11 тысяч ранеными. Однако цифры, приводимые в источниках относительно битвы при Пидне, не вызывают никакого доверия. Совершенно невероятно, чтобы Рим, который в то время никаких других больших войн, кроме как войны с Персеем, не вел, не смог послать на Балканы войско, которое бы превосходило по численности македонское. Ведь в распоряжении Рима были огромные людские ресурсы Италии, Сицилии, Африки и значительной части Испании, тогда как Македония, обладая значительно меньшим населением, могла рассчитывать лишь на Иллирию, Фракию и немногочисленных греческих союзников. Можно не сомневаться, что против Персея римляне были в состоянии отрядить армию, не меньшую по численности, чем та, что когда-то была выставлена против Ганнибала. Поэтому значительный численный перевес в битве при Пидне наверняка был на стороне армии Павла. Если цифра, относящаяся к римскому войску — 26 тысяч человек, близка к действительности (что вполне правдоподобно), то данные о 40-тысячной армии Персея представляются сильно преувеличенными. Возможно, что в начале кампании македонское войско действительно насчитывало 40 тысяч воинов, однако к моменту битвы при Пидне оно значительно поредело за счет болезней и сражений и стычек с римлянами и в 168 году вряд ли у Персея было больше 15–20 тысяч солдат.
