Почти всю ночь с 23 на 24 июня в шатре «большого воеводы» Дмитрия Шуйского пировали. Яков Делагарди хвастался, что самолично возьмет в плен гетмана Жолкевского. Благодушно были настроены и другие воеводы. И никто не подозревал, что от Царева Займища по ночным дорогам стремительными маршами идут польская конница, казаки и пехотинцы, с грохотом и лязгом катятся пушки, влекомые сильными артиллерийскими лошадьми. Отборная королевская армия спешила к Клушину: три тысячи тяжелой польской конницы, две тысячи пехотинцев и четыре тысячи казаков. У гетмана Жолкевского и пана Зборовского было меньше людей, чем у Дмитрия Шуйского, но они надеялись на неожиданность и стремительность нападения.
На рассвете 24 июня 1610 года королевская армия развернулась для атаки. В первой линии стояли лучшие конные полки пана Зборовского и полковника Струся, за ними — остальная конница и пехотные роты. За левым флангом, находившимся против лагеря наёмников Делагарди, спрятались в кустах казацкие сотни.
Отряды пехотинцев подбирались с топорами к неохраняемому плетню, стремясь быстро прорубить проходы для конницы. Частично им это удалось. Но поднятые по тревоге русские стрельцы и мушкетеры Делагарди успели добежать до плетня и открыть огонь прежде, чем на поле выехали гусарские полки. Выдвижение польской конницы замедлилось, что позволило Дмитрию Шуйскому и Якову Делагарди вывести свое воинство из Лагерей и построить его для сражения. У Делагарди на правом крыле впереди расположился пехотный строй, за ним — конница, у Дмитрия Шуйского, на левом крыле, — наоборот. Дмитрий Шуйский расставил свои полки крайне неудачно. Сражение предстояло вести в «поле», поэтому устойчивость боевых порядков могла обеспечить только пехота, вооруженная «огненным боем» и длинными копьями немецкого образца (таких копий у русских пехотинцев было достаточно), но незадачливый воевода в первые ряды выдвинул не пехоту, а конные отряды «детей боярских». В результате пятитысячная конница Зборовского всёй массой, выставив вперед длинные пики, обрушилась на эти отряды и опрокинула их. Отступая, «дети боярские» смяли собственную пехоту. Полки перемешались. Беспорядочные толпы ратников побежали к лагерю, чтобы укрыться за повозками. Многим удалось это сделать.
Под знаменем воеводы Дмитрия Шуйского собралось в лагере не менее пяти тысяч человек, в обозе оставалось восемнадцать пушек — сила немалая. Еще не все было потеряно, тем более что на правом крыле наёмники Якова Делагарди продолжали сражаться. Несколько раз конница гетмана Жолкевского атаковала плотную фалангу немецкой пехоты, ощетинившуюся длинными копьями, но безуспешно. Вот тут-то и нужно было помочь Якову Делагарди ударом из русского лагеря. Но воевода Дмитрий Шуйский предпочел выжидание, за что и был наказан. Когда на помощь гусарам пришла королевская пехота, наемники стали разбегаться. В беспорядке отступили французская и английская конницы: польские гусары явно превосходили их по численности, к тому же они были воодушевлены первыми успехами и атаковали яростно. Лагерь наемников захватили, но Якову Делагарди удалось спастись от полного разгрома. Трехтысячный отряд его воинов занял удобную позицию у опушки леса, за лагерем, и мог продолжать сражение.
Даже в этот критический момент у воеводы Дмитрия Шуйского была возможность переломить ход сражения: следовало выйти из лагеря и ударить по полякам, грабившим лагерь наемников и готовившимся к атаке на уцелевшее воинство Делагарди. Но воевода не сделал этого, он все еще выжидал.
Тем временем гетман Жолкевский послал своего племянника к наемникам, предложив им почетную капитуляцию. Первыми на сторону Жолкевского перешли французские наемники, за ними — ландскнехты. Когда Яков Делагарди убедился, что половина его людей «передались» полякам, он предложил Жолкевскому заключить перемирие отдельно от русских. Взбунтовавшиеся наемники начали грабить лагерь, не пощадив даже обоза своего собственного предводителя. Наемная армия Якова Делагарди перестала существовать.
Дмитрий Шуйский отдал приказ об отходе, который превратился в беспорядочное бегство. Только окрестные леса спасли ратников от поголовного избиения или плена. Сам воевода бежал, забыв о войске. Своего боевого коня он утопил в болоте, и в Можайск, как отмечали очевидцы, приехал на тощей крестьянской кляче.
