Битва началась с того, что арьергард русских был атакован французской кавалерией и пехотой, вышедшей из Сорталакского леса. Русская кавалерия была опрокинута стремительной атакой и укрылась за линиями пехоты. В 7 часов утра несколько батальонов русских и Александрийский гусарский полк атаковали Сорталакский лес и загнали в него французов, которые не показывались оттуда до вечера. На правом фланге произошло несколько кавалерийских стычек с переменным успехом. В 9 часов утра силы сторон уравнялись, и все же Ланну приходилось туго, так как он сдерживал мощные атаки русских сил. К 12 часам дня на поле боя прибыл Наполеон и сразу же оценил всю опасность занятой противником позиции. Осмотрев поле сражения, Наполеон принял решение атаковать Беннигсена сразу после того как подошли корпуса Нея и Виктора, а также Императорская гвардия. Развернулась грандиозная битва. В 17 часов маршал Ней атаковал русские позиции из Сорталакского леса. Он врезался в гущу русских войск. Часть корпуса Нея погибла в схватке под огнём русских батарей и клинками кавалерии. Но, в конце концов, французам, под прикрытием огня 40-пушечной батареи, удалось потеснить русских. Только теперь, поняв своё невыгодное положение, Беннигсен отдал приказ отходить своей армии. Получив приказ главнокомандующего, Багратион стал свёртывать свои войска в колонны для переправы. Началось отступление к мостам. Заметив это, французы выдвинули свои орудия ближе к русским позициям и стали обстреливать переправу, а затем открыли огонь и по отходившим колоннам.

Видя приближение вражеской пехоты, лейб-гвардии Измайловский и Павловский гренадерские полки неоднократно ходили в штыковые атаки, но были вынуждены отступить под огнём превосходящих сил противника. Сдерживая напор французов, Багратион провёл свои войска к мостам. К 20 часам вечера Ней вошёл в город, захватил замок Фридланд, но овладеть переправами не смог, поскольку русские, отступая, подожгли их.

Положение русских войск на правом фланге оказалось ещё тяжелее. Правофланговая группировка русских, отделённая от частей Багратиона озером Мюленфлис, оказалась отрезанной. Горчаков, получив приказ к отступлению, решил выводить свои части через Фридланд. Однако город был уже в руках французов. Теснимые с тыла отрядами Ланна, Мортье и Груши, русские солдаты штыками проложили себе дорогу к реке, но мостов там уже не было. Наконец, были найдены броды, и русские под огнём противника стали переправляться. Героическими контратаками пехоты и кавалерии иногда удавалось остановить неприятеля, но французы, постоянно получая подкрепления, усиливали свой натиск. В итоге французам удалось сбросить русских в реку Алле. Часть русских войск потонула в реке, часть, отступая вдоль реки, зажатая с двух сторон французами, либо погибла, либо сдалась в плен. Почти вся артиллерия Горчакова была захвачена французами. Так закончилось это сражение, в ходе которого русская армия была разгромлена. Потери Беннигсена составили до 15 тысяч человек убитыми, ранеными и пленными.17 Французская армия потеряла до 8 тысяч человек убитыми и ранеными.

Александр I, получив известие о поражение русской армии при Фридланде, приказал генералу Д. И. Лобанову-Ростовскому ехать во французский лагерь для переговоров о мире. Наполеон в это время находился на берегу Немана, в городке Тильзите, а русская армия и остатки прусской стояли на другом берегу. Князь Лобанов-Ростовский передал Наполеону желание императора Александра лично с ним увидеться. Наполеон сердечно принял Лобанова-Ростовского, оставил его обедать и заявил, что взаимные интересы двух государств требуют союза между ними. При этом Наполеон, указывая пальцем на карте на реку Вислу, прибавил: «Вот раздел между нашими двумя империями. Ваш повелитель должен властвовать с одной стороны, а я с другой!»