Ngày 5 tháng 11 năm 1757 vương tước Soubise và Hildburghausen quyết định tấn công quân doanh Phổ. Hai ông lên kế hoạch chia quân làm 3 hàng dọc hành tiến ngang qua chính diện quân địch, sau đó vòng sang uy hiếp bao vây sườn trái của họ. Cả hai viên tướng đều không tính đến khả năng quân Phổ phát giác đối phương hành tiến trước mặt mình và có biện pháp đối phó mạnh mẽ. Tại thời điểm này, Soubise và Hildburghausen có 41.500 quân gồm 34.000 bộ binh, 7.500 kỵ binh và 114 đại bác – không quá đông như Friedrich ước tính, nhưng vẫn đông gần gấp đôi đạo quân 22.000 người của vua Phổ. Quân Pháp là lực lượng chủ lực chiếm hơn 73% quân số liên minh.[3][12] Mặc dù chiếm ưu thế về quân số, quân đội Pháp và quân đội Đế quốc La-Đức đều khá yếu kém về mặt tổ chức, huấn luyện và tiếp tế. Nước Pháp từng là cường quốc quân sự hàng đầu phương Tây đầu thế kỷ 18, nhưng đã dần dần suy thoái sau khi Louis XIV chết (1715).[3][13] Trái lại, quân đội Phổ đã được công nhận rộng rãi là lực lượng thiện chiến và kỷ cương nhất châu Âu kể từ cuộc chiến tranh Schlesien 1740–1745.[3][13]

Trưa ngày 5 tháng 11, quân Pháp và quân đội Đế quốc La-Đức bắt đầu di chuyển vềo hướng nam theo đường song song với chính diện quân Phổ. Dù gặp một số trục trặc trong việc duy trì kỷ luật hành quân, lực lượng liên quân đã rẽ sang phía đông và leo dần lên một quả đồi trống trải nằm cạnh sườn trái quân Phổ.[3] Cùng lúc đó vua Phổ Friedrich đang ăn trưa cùng các võ quan tại sở chỉ huy của mình ở phía nam Roßbach. Căn nhà sở chỉ huy của Friedrich được sử gia Christopher Duffy mô tả như "một hòn đảo đứng giữa vùng đồng bằng trống trải", và người đứng trên lầu cao của căn nhà này dễ dàng nhìn toàn cảnh ngọn đồi mà trên đó liên quân đang di chuyển. Trong khi Friedrich đang ăn ở tầng trệt, một thị vệ của nhà vua là Friedrich Wilhelm von Gaudi đã leo lên gác thượng của ngôi nhà và từ đây Gaudi nhìn thấy rất nhiều tướng sĩ liên quân đang hành tiến. Sau đó Gaudi bẩm báo với Friedrich về những gì ông ta nhìn thấy. Dù ban đầu Friedrich không tin lời Gaudi, các nguồn tin xác thực khác đã đến đủ sớm để thuyết phục Friedrich rằng quân đồng minh đang tấn công. Ngay lập tức, nhà vua bắt tay vào việc đón đầu và tấn công các đội hình liên quân trong hành tiến: ông ta lên kế hoạch cho quân sĩ tiến ra hướng đông bắc theo đường vòng qua đồi Janus (đồi này tọa lạc sau lưng quân doanh Phổ, được Friedrich lợi dụng để che đội hình hành quân của mình khỏi tầm mắt đối phương); tiếp theo đó, quân đội Phổ sẽ quành sang hướng tây và nam theo một vòng cung rộng lớn đặng đón đánh, tiêu diệt liên quân.[14]

Lúc hơn 2h, Friedrich cho nhổ trại khởi hành về phía đông. Quân Phổ hoàn tất triển khai đội hình hành quân chỉ sau 2 phút, khiến tài liệu của Bộ Tổng tham mưu Đức thế kỷ 19 phải nhận xét là "không khác gì thay cảnh trên sân khấu trong nhà hát".[14] Friedrichh lấy 38 khối thiết kỵ binh làm lực lượng xung kích đi đầu đoàn quân, và giao cho viên thiếu tướng 36 tuổi Friedrich Wilhelm von Seydlitz chỉ huy đội kỵ binh này. Theo sau đạo quân thiết kỵ là 24 tiểu đoàn bộ binh được một số khối quân khinh kỵ che sườn và được một khẩu đội gồm 18 đại pháo yểm trợ; khẩu đội này được triển khai trên đỉnh dãy Janus.[3] Đến khoảng 2h15, quân tuần tiễu Pháp-Đức phát hiện quân địch đã rời bỏ quân doanh. Tin chắc rằng quân Phổ đã tháo chạy do sợ bị áp đảo về quân số, Soubise và Hildburghausen thúc quân ào lên truy kích. Trên đường truy sát, quân đồng minh Pháp-Đức đã bộc lộc nhiều thiếu sót trong việc duy trì trật tự và kỷ luật của mình. Do truy kích quá hăng nên đạo kỵ binh tiền vệ Áo trong quân đội La-Đức đã bỏ xa lực lượng bộ binh chủ lực liên quân đến 2000 bước. Đến 3h15, khi kỵ binh Áo đi vào tầm bắn của đại bác địch, các chỉ huy pháo binh Phổ huy động 18 khẩu đại pháo từ trên dãy Janus nã dồn dập vào hàng ngũ đối phương. Quân kỵ binh Áo chịu nhiều thiệt hại, nhưng họ vẫn gắng sức lao thật nhanh qua vùng hỏa lực của pháo địch.[14][3]

Càng cố chạy qua vùng bắn của pháo binh Phổ, lực lượng kỵ binh tiên phong Áo càng trở nên náo loạn hơn. Chớp lấy thời cơ, tướng Phổ Seydlitz triển khai 38 khối kỵ binh thành đội hình chiến đấu gồm 2 tuyến. Quân kỵ binh Phổ giảm dần tốc độ di chuyển cho đến khi ra tới đầu phía đông dãy Janus, sau đó họ dừng lại chờ kỵ binh Áo rơi vào tầm đánh sở trường của mình. Khoảng 3h30, khi kỵ binh Áo đến cách đỉnh dãy Janus 2000 bước, Seydlitz xua kỵ binh tuyến đầu xung phong vào hàng ngũ đối phương. Quân Áo ban đầu bị choáng ngợp, nhưng 2 trung đoàn thiết kỵ Bretlach và Trautmannsdorf của họ đã kịp triển khai đội hình chiến đấu và chặn đánh quân Phổ rất dữ dội. Trung đoàn khinh kỵ Szecheny của Áo cùng 3 trung đoàn kỵ binh của quân đội Đế quốc La-Đức cũng kéo đến tiếp sức cho quân tiên phong, và cản được đà tiến của kỵ binh Phổ.[14][3]. Seydlitz bèn xua 18 khối kỵ binh trên tuyến thứ hai của ông xông lên cùng tuyến đầu đánh bọc hai bên sườn kỵ binh Áo. Quân kỵ mã Áo thất thế phải rút chạy về hậu cứ. Trên đường rút, kỵ binh Áo đâm sầm vào 3 trung đoàn bộ binh La-Đức, và đến lượt 3 trung đoàn này cũng nháo nhào tháo chạy. Khối quân La-Đức này lại chạy thẳng vào đội hình 2 khối kỵ binh Pháp vốn đang xông tới đánh chặn kỵ binh Phổ, gây rối loạn rất lớn trong hàng ngũ kỵ mã Pháp. Các đợt phản xung phong của kỵ binh Pháp đều bị đập tan, nhiều kỵ binh liên minh phải đầu hàng quân Phổ. Số kỵ binh còn lại cuống cuồng chạy xuống phía đông nam trận địa, cô lập hoàn toàn lực lượng bộ binh và pháo binh liên quân. Thay vì nghỉ ngơi hoặc truy sát kỵ binh địch theo thông lệ của kỵ binh Phổ, Seydlitz cho quân dừng lại chỉnh đốn hàng ngũ, sau đó vòng sang bên sườn và lưng bộ binh Pháp-Đức hòng chuẩn bị thanh toán lực lượng này.[15][3]

Trong lúc kỵ binh 2 bên quầng nhau, bộ binh Phổ vẫn đang đi vòng qua sườn đồi đó theo chiều thuận kim đồng hồ. Sau khi được tâu rằng Seydlitz đã loại kỵ binh Pháp-Đức khỏi vòng chiến đấu, Friedrich nhận định thời cơ đã đến để tập trung 3 binh chủng đánh dứt điểm nhanh bộ binh địch. Nhà vua lệnh cho 20 tiểu đoàn bộ binh quẹo sang bên phải tấn công đối phương, trong khi 4 tiểu đoàn bộ binh còn lại tiếp tục hành tiến theo lối cũ. Thực thi mệnh lệnh, 20 tiểu đoàn Phổ vượt dãy Janus theo đội hình bậc thang, sau đó triển khai thế trận tác chiến. Thay vì bố trí bộ binh thành 2 tuyến song song theo binh pháp thông thường của thế kỷ 18, Friedrich tập trung tối đa hỏa lực bằng cách dùng tuyến thứ 2 kéo dài sườn trái của tuyến thứ nhất, khiến đội hình tác chiến của bộ binh Phổ trông giống như một góc tù. Để đối phó, các sĩ quan liên quân Pháp-Đức không dàn trận tuyến bắn nhau với địch, nhưng họ cho bộ binh giương lê tiến thẳng về phía quân Phổ, nhằm đánh đổi hỏa lực bằng tốc độ di chuyển và uy hiếp tinh thần địch quân. Lực lượng tiên phong của liên minh Pháp-Đức là 8 tiểu đoàn Pháp thuộc 2 trung đoàn Piemont và Mailly được tổ chức thành các đội hình dọc - mỗi hàng dọc có 52 lính đứng đầu hàng. Trên đường di chuyển, lực lượng Pháp-Đức bị thương vong rất nặng nề do pháo binh Phổ luôn tận dụng mọi cơ hội để cày phá các đội hình liên quân dày đặc.[3][15] Khi bộ binh Pháp-Đức đến sát trận địa "góc tù" của đối phương, lính Phổ trên cả hai tuyến khai hỏa bắn xối xả vào chính diện và sườn trái liên quân. Quân tiên phong Pháp nhanh chóng tan vỡ và tháo chạy tứ tung. Họ chạy thẳng vào hàng ngũ một số đơn vị bộ binh hậu tuyến, làm đến lượt các đơn vị này cũng hoảng hốt thục mạng và mọi nỗ lực chấn chỉnh hàng ngũ của các sĩ quan Pháp đều bị phá sản. Thừa cơ, Seydlitz xua kỵ binh xung phong chém giết hàng loạt quân liên minh, làm 3 trung đoàn đến từ vùng Franken của quân đội La-Đức cùng nhiều nhóm quân Pháp nữa phải quăng súng chạy thoát thân. Quân bộ binh Phổ cũng tiến lên truy kích, và họ thực hiện bài bản chiến thuật vừa di chuyển, vừa bắn diệt các khối quân hỗn loạn của liên minh.[3] Không những thế, quân liên minh còn hứng chịu những đợt bắn phá không ngừng nghỉ của pháo binh Phổ.[15]

Trước các đòn tấn công phối hợp của bộ binh, kỵ binh và pháo binh Phổ, đội quân liên minh Pháp-Đức đã hoàn toàn vỡ tan. Soubise và Hildburghausen phải cho rút toàn bộ lực lượng về mạn tây. Quân Phổ truy đuổi tàn quân Pháp-Đức đến đêm thì mới thôi.[15][3]