Легковооруженная пехота обоих противников, завязав бой, отошла за расположение своих армий. Вслед за этим конница левого фланга боевого порядка карфагенян разбила конницу правого фланга римлян, прошла в тыл их боевого порядка, атаковала конницу левого фланга и рассеяла ее. Карфагеняне прогнали римскую конницу с поля боя. Одновременно развертывался бой пехоты.
Римская фаланга двинулась вперед и атаковала карфагенян. Некоторое время ряды иберов и кельтов выдерживали бой и храбро сражались с римлянами; но затем, подавленные тяжелой массою легионов, они поддались и начали отступать назад, разорвав линию полумесяца. Дело в том, что у карфагенян фланги и центр вступили в битву не разом, центр раньше флангов, ибо кельты, выстроенные в виде полумесяца, выпуклою стороною, обращенною к неприятелю, выступали далеко вперед. В погоне за кельтами римляне теснились к центру, туда, где поддавался неприятель, и умчались так далеко вперед, что с обеих сторон очутились между тяжело вооруженными ливянами, находившимися на флангах. Ливяне правого крыла сделали поворот налево и, наступая справа, выстраивались против неприятеля с фланга. Напротив, ливяне левого крыла, сделав такой же поворот направо, строились дальше: само положение дел научало их, что делать. Вследствие этого вышло так, как и рассчитывал Ганнибал: в стремительной погоне за кельтами римляне кругом были окружены ливянами. Не имея более возможности вести сражение по всей линии, римляне в одиночку и отдельными манипулами дрались с неприятелями, теснившими их с боков.
Ход событий на поле боя создавал предпосылки для охвата флангов римской армии карфагенской пехотой, завершения окружения римлян конницей и уничтожения окруженной римской армии.
Боевой порядок карфагенян принял вогнутую охватывающую форму. Римляне вклинились в него, что облегчило двухсторонний охват их боевого порядка. Задние шеренги римлян вынуждены были повернуться для борьбы с карфагенской конницей, которая, разбив римскую конницу, атаковала римскую пехоту. Карфагенская армия завершила окружение римлян. Плотное построение легионов лишило их маневренности. Римляне были сбиты в одну кучу. Сражаться могли только воины внешних шеренг. Численное превосходство римской армии потеряло свое значение; внутри этой огромной массы происходила давка, воины не могли повернуться. Началось страшное избиение римлян.
В результате двенадцатичасового боя римляне потеряли 48 тысяч убитыми и около 10 тысяч пленными (См.: Тит Ливии. Римская история от основания города. Т. 1–6. М., 1891–1896). Потери карфагенян убитыми достигали 6 тысяч человек. Несмотря на полное окружение, многим из римлян удалось бежать; по некоторым данным спаслось 14 тысяч человек, но если учесть данные о потерях (Ливии и Полибий) и общую численность всей римской армии (86 тысяч человек), то окажется, что спаслось 28 тысяч человек. Карфагеняне не сумели уничтожить всю римскую армию даже в обстановке ее полного окружения на поле боя. Через несколько дней после этой катастрофы молодой военный трибун Публий Корнелий Сципион организовал в Риме два легиона из беглецов.
