К 14 часов шведам удалось в двух местах прорвать боевой порядок русских. Их недавно сформированные полки, не имевшие боевого опыта и брошенные наемными офицерами, стали, теснимые шведами, в беспорядке отходить к единственной переправе через реку. Наведенный понтонный мост через Нарову не выдержал тяжести людских масс и разорвался. В это время по нему проходили полки дивизии Головина.

Тем временем укрепившиеся в вагенбурге вчерашние «потешные» гвардейские Преображенский и Семеновский полки (имевшие в строю только младших офицеров!), вобрав в себя тех, кто не успел уйти на другой берег, стойко отразили все атаки шведов. Они успешно отбивались ружейными залпами в упор или контрударами в штыки. Защита вагенбурга на уровне рот и батальонов велась успешно.

На левом крыле упорно оборонялась большая часть дивизии генерала Адама Вейде, которая остановила перед собой наступление колонны генерала Веллинга. Шведы и здесь оказались бессильны взять верх над оборонявшейся пехотой противной стороны. Примерную стойкость показал «старый» Лефортовский полк, имевший высокую выучку.

Король Карл XII лично водил шведские батальоны колонны генерала Рёншильда в атаку на русскую гвардию, но каждый раз с большими потерями отступал от вагенбурга, который прикрывал собой мост через Нарову. Здесь ожесточенный бой продолжался несколько часов: в итоге шведы не смогли даже потеснить к речному берегу стойко державшихся преображенцев и семеновцев. Именно здесь шведы понесли в битве самые большие потери.

Историк Н.Г. Устрялов писал в своей «Истории царствования Петра Великого» о том эпизоде Нарвского сражения: «Ободренные присутствием государя, шведы несколько раз бросались в атаку; но тщетно: огородив себя повозками артиллерийского парка, русские были непоколебимы и отразили все усилия неприятеля. Наступившая ночь прекратила битву».

Наступившая темень только усугубила беспорядок в рядах противников. Те шведские солдаты, которым на пути попался русский обоз с провиантом, перепились. Был случай, когда два королевских батальона, в темноте приняв друг друга за неприятеля, вступили между собой в бой. Карл XII стал понимать, что победа может ускользнуть из его рук, так как силы шведской армии были слишком малы для полного разгрома русских. Утро следующего дня грозило изменить ситуацию.

Сражение продолжалось еще несколько часов. Отсутствие единого командования, потеря почти всей артиллерии, разделение армии на две изолированные части не позволило русским генералам организовать оборону и вынудило их пойти на переговоры с противником и капитулировать на условиях сохранения личного оружия (за исключением артиллерии, которая уже находилась в руках шведов) и знамен. Это соглашение было подписано в ночь на 20-е число командирами дивизий генералами Ф.А. Головиным, князем Н.Ю. Трубецким и генерал-фельдцейхмейстером грузинским царевичем Александром Арчиловичем (Александром Имеретинским), командовавшим артиллерией. Ситуацией они не владели.

На такое решение повлияло то, что петровский генералитет не имел точных сведений о реальной обстановке, которая была угрожающей, но не в такой степени, чтобы прекращать битву и складывать оружие перед врагом. Повлияло и то, что командующий армией фельдмаршал герцог де Кроа из шведского стана отдал приказ прекратить сопротивление. После сражения король Карл XII наградит перебежавшего в его лагерь австрийского фельдмаршала тысячью пятьюстами золотыми червонцами и будет «сажать его кушать за свой стол». Однако брать титулованного перебежчика на свою службу он не стал, хотя герцог того сильно желал.