Lúc 1 giờ 30 phút, quân đội Phổ đã hoàn tất triển khai đội hình chiến đấu. Friedrich phát lệnh cho lực lượng cánh phải vận động tiến công. Trong lúc bộ binh và kỵ binh Phổ di chuyển vào trận địa, pháo binh hạng nặng Phổ đã khai hỏa bắn phá đội hình quân Áo, gây thiệt hại lớn cho lực lượng kỵ binh cánh trái địch trên hướng đông bắc Mollwitz.[8][14] Để hạn chế thương vong, tư lệnh kỵ binh cánh trái Áo Römer chủ động đem 4 nghìn thiết kỵ đánh thốc vào 2 nghìn kỵ binh cánh phải địch do tướng von Schulenberg chỉ huy. Schulenberg ra lệnh cho quân đứng yên đón đánh, chứ không xông ra nghênh chiến theo thông lệ của kỵ binh châu Âu thời đó. Khả năng phối hợp của các khối kỵ binh Phổ cũng bị hạn chế do đội hình của họ bị trộn lẫn với một số tiểu đoàn bộ binh. Kết quả là kỵ binh Áo nhanh chóng đánh tan Trung đoàn long kỵ số 3 và buộc toàn bộ kỵ binh cánh phải địch tháo chạy khỏi trận địa. Cả Römer lẫn Schulenberg đều chết tại trận. Friedrich phi ngựa lên trước hàng quân và động viên kỵ binh chấn chỉnh hàng ngũ, nhưng các nỗ lực của ông ta đều vô ích.[14][8]

Sự tan vỡ của kỵ binh cánh phải Phổ đã làm cô lập các tiểu đoàn bộ binh Winterfeld và Bolstern vốn bị xen kẽ trong đội hình kỵ binh; tuy nhiên, những tiểu đoàn này vẫn đứng vững. Cùng với nhiều đơn vị bộ binh khác, 2 tiểu đoàn Winterfeld và Bolstern dần dần kìm hãm đà tiến công của kỵ binh Áo. Trong quá trình đó, bộ binh Phổ bắn loạn xạ vào bất kỳ đối tượng cưỡi ngựa nào trên khắp mọi hướng – kể cả Friedrich II. Cảm thấy bất an cho nhà vua, thống chế Kurt von Schwerin và một số tướng khác khuyên Friedrich nên rút khỏi chiến địa. Lúc 4 giờ, Friedrich cùng đoàn tùy tùng rút lui và giao lại toàn bộ quyền chỉ huy trận đánh cho Schwerin. Trong lúc đó, kỵ binh của Römer đã chịu nhiều tổn thất và rút về cánh trái để bảo toàn lực lượng. Neipperg triển khai bộ binh tấn công, nhưng bộ binh Áo di chuyển rất chậm chạp, tạo điều kiện cho bộ binh Phổ chỉnh đốn và sắp xếp lại hàng ngũ. Đến chiều, việc tái tổ chức đội hình chiến đấu của Phổ đã hoàn tất. Schwerin hạ lệnh cho bộ binh tiến công trên toàn tuyến.[8][14] Dưới sự yểm trợ hiệu quả của pháo binh, bộ binh Phổ đã tiến đến cách đội hình địch chừng 100 bước, sau đó giao đấu hỏa lực với bộ binh Áo.[15][14][16] Do có trang bị thông nòng sắt và được huấn luyện bài bản, một binh sĩ Phổ có thể nạp đạn và bắn 5 phát trong 1 phút; trái lại, bộ binh Áo sử dụng thông nòng gỗ và được huấn luyện kém nên chỉ bắn được 2 phát trong khoảng thời gian tương tự.[17] Những điểm mạnh này đã giúp bộ binh Phổ đánh bại bộ binh Áo. Khi thấy bộ binh của mình có dấu hiệu tan vỡ, Neipperg tung kỵ binh cánh phải phản kích nhưng cũng bị bộ binh Phổ bắn tan tác. Trận đánh chấm dứt vào buổi tối khi toàn bộ lực lượng Áo tháo chạy khỏi trận địa.[14][13]