Численный перевес был целиком на стороне Помпея. Он располагал 47 тыс. пехоты и 7 тыс. конницы против 22 тыс. пехоты и всего 1 тыс. всадников Цезаря. При этом конница Помпея сплошь состояла из отборных воинов — прекрасно вооружённых молодых аристократов. Будучи совершенно уверенными в победе, они рвались в бой. Утром 6 июня 48 г. до н. э. Помпей первым дал сигнал начать сражение. Затрубили трубы. Помпей бросил на правое крыло войск Цезаря всю конницу. Он рассчитывал, используя своё превосходство в силах, смять это крыло, отбросить его назад, ударить по войскам Цезаря с тыла и в то же время бросить на него с фронта всю свою пехоту. Однако Цезарь, разгадав намерения противника, выставил на правом фланге лучшие свои войска. Часть их была искусно скрыта от глаз неприятеля.
Воины Цезаря ринулись навстречу врагу. Отражая атаку конницы Помпея, они старались нанести всадникам раны в лицо. Такое указание они получили от Цезаря, который правильно рассчитал, что молодые аристократы больше всего опасаются быть обезображенными в сражении.
Атака конницы Помпея не удалась. Его всадники поднеслись назад, смяв собственную пехоту. Преследуя отступающих, воины Цезаря в свою очередь устремились в атаку. Помпей попытался отразить эту атаку. Воины его стояли в вытянутых шеренгах с копьями в руках. Стремительная атака Цезаря, однако, смешала их ряды. Боевые порядки пехоты Помпея были нарушены. Вспомогательные союзные войска, которые ещё не были введены в сражение, наблюдали, как римские граждане, молча, с небывалым ожесточением, поражали друг друга. Слышен был только стук оружия, вздохи и стоны раненых.
Левое крыло войск Помпея было опрокинуто атакой Цезаря и стало отступать. Тогда с криком «Мы побеждены!» обратились в паническое бегство так и не вступившие в сражение союзники. Преследуя противника, Цезарь разделил свои силы на несколько отрядов. Они разрезали войска Помпея на части и по очереди подавляли их сопротивление.
При виде поражения и бегства своих войск Помпей совершенно растерялся и пал духом. На него нашло какое — то оцепенение. Он удалился в свою палатку, а когда ему донесли, что воины Цезаря ворвались в его укреплённый лагерь, он спросил только: «Неужели и в лагерь?» После этого Помпей снял с себя боевое вооружение, сел на коня и в сопровождении четырёх наиболее близких ему людей бежал с поля боя.
Цезарь одержал блестящую победу. На Балканском полуострове перестала существовать армия его противников. Лишь немногие из них сумели бежать. Оставшиеся считали своё дело проигранным и теперь готовы были примириться с Цезарем. В этом Цезарь охотно пошёл им навстречу. Многим перешедшим к нему видным сторонникам Помпея он даровал полное прощение. В их числе был и Марк Юний Брут, будущий убийца Цезаря. На сторону Цезаря перешла также большая часть бывших солдат Помпея. Все они изъявили готовность сражаться за Цезаря. За их счёт он пополнил ряды своего войска.
Помпей решил направиться в Египет. Там у него были прочные связи, сохранившиеся ещё со времени его пребывания с армией на Востоке. В египетских войсках служило немало прежних солдат Помпея. Страна была богата. Помпей рассчитывал почерпнуть в Египте средства, необходимые ему для продолжения борьбы с Цезарем, однако он не учёл одного: в Египте уже знали о его поражении под Фарсалом и о блестящей победе Цезаря. Египетскому царю — Птоломею Дионису — было только десять лет. Фактически власть находилась в руках враждовавших друг с другом царедворцев. Один из них настоял на том, чтобы оказать Помпею гостеприимство, а потом убить его. Так правящие круги в Египте рассчитывали приобрести расположение победителя Цезари. Этот план они и привели в исполнение.
Когда ничего не подозревавший Помпей подплыл к берегу, к его кораблю под предлогом, что море в этом месте мелко, была выслана лодка. В ней, кроме нескольких египетских гребцов, был находившийся на египетской службе римлянин Семпроний, когда — то служивший в войсках Помпея. Семпроний приветствовал Помпея от имени египетского царя и предложил ему пересесть в лодку, чтобы переправиться на берег. Но как только Помпей вошёл в лодку, Семпроний менее ему первый удар. Жена и друзья Помпея видели всё это с борта корабля, но им не оставалось ничего другого, как поспешно уйти в море. На берегу враги обезглавили тело Помпея.
