Валленштейн освободил Прагу и вторгся в Саксонию, чтобы заставить саксонского курфюрста Иоанна Георга порвать союз со Швецией. Густав Адольф находился в это время в Баварии, но, узнав о намерениях Валленштейна, решил идти в Саксонию. В октябре 1632 года он привел свои войска к Эрфурту, перешел через р. Заале и расположился там лагерем. Военный совет имперской армии решил, что противник размещается на зимние квартиры, так как время было позднее для активных военных действий. Поэтому Валленштейн рассредоточил свои войска и послал отряд Г. Паппенгейма в Галле, а небольшой отряд кроатов Р. Коллередо был оставлен в Вейсенфельсе, чтобы в случае наступления шведов дать сигнал тремя пушечными выстрелами. Сам Валленштейн с главными силами двинулся к Мерзебургу и расположил войска между р. Заале и ручьем Флосгратеном.
Густав Адольф, узнав о разделении войск противника, решил немедленно перейти в наступление и двинулся к Вейсенфельду. Заметив приближение шведов, Коллередо подал условный сигнал. Валленштейн приказал войскам спешно сосредоточиться у Лютцена, а Паппенгейму — срочно возвращаться.
В результате шведская армия под Лютценом насчитывала 18,5 тысяч человек, а имперская армия — 18 тысяч. (Советская военная энциклопедия. М., 1978. Т.4. С. 58.) Шведы имели 60 орудий, а имперцы — 21 тяжелое орудие. (Разин Е. Л. История военного искусства. М., 1993. Т.З. С. 420.)
К утру 16 ноября 1632 года шведская армия построила следующий боевой порядок: правое крыло во главе с королем Густавом Адольфом и Г. Горном состояло из 12 эскадронов, построенных в две линии с мушкетерами в интервалах; центр, где в первой линии командовал П. Браге, а во второй — Книпгаузен; левое крыло также состояло из двух линий, здесь командовал герцог Бернгард Веймарский. При каждой пехотной бригаде было по пять больших орудий, а 45 легких орудий располагались по крыльям боевого порядка.
Имперские войска заняли позицию вдоль Лейпцигской дороги. Правое крыло, которым командовал Р. Коллередо, состояло из 5 эскадронов конницы с мушкетерами в интервалах и одной терции пехоты (16 рот). В центре находилась испанская бригада из 4 терций (батальонов) пехоты (79 рот). На левом крыле находились 6 больших эскадронов с кроатами и драгунами, ими командовал И. Изолани. Конница обоих крыльев была выстроена в две линии. В боевом порядке имперцев были оставлены места для авангарда (6 тысяч человек) и отряда Паппенгейма (4 тысячи человек), который смог прибыть только к концу боя.
Поле сражения представляло собой идеальную равнину протяженностью около 2,5 километров между двумя ручьями.
Имперские мушкетеры заняли мельницу у Лютцена и канавы вдоль Лейпцигской дороги. Валленштейн поставил на правом фланге у Лютц на 14 орудий и 7 орудий у Лейпцигской дороги в центре. (Михневич Ш История военного искусства с древнейших времен до начала 19 века)
Рано утром 16 ноября 1632 года начала стрелять шведская артилерия. Это была артиллерийская подготовка, которая должна бы; обеспечить успех атаки шведских войск. Несмотря на то, что поле боя покрывал густой туман, шведы начали наступление. Им удалось потеснить передовые части Коллередо и Изолани. Коллередо отогнали к Лютцену, а Изолани — к Мейхену и Шкельзигерскому лесу.
По приказу Валленштейна Лютцен был подожжен, поэтому левое крыло шведов, подойдя к городу, попало под сильный огонь 14-орудийной батареи имперцев.
В 11 часов 30 минут утра туман на короткий срок рассеялся, и противники оказались на расстоянии в 600–700 метров друг от друга. Этим воспользовалась имперская батарея в центре и открыла огонь. Несмотря на это, Густав Адольф дал приказ к атаке. Первая линия правого крыла двинулась вперед и перешла через придорожную канаву, но конница имперцев отбросила шведов. Сам король во главе конницы правого крыла двинулся через ручей Флосгратен против кавалерии левого крыла Валленштейна, а Бернгард Веймарский должен был с левым крылом обрушиться на правое крыло имперцев. Это была широкомасштабная наступательная операция всей армии одновременно.
Однако левому крылу шведов пришлось обходить горящий Лютцен, поэтому оно немного отстало. На правом крыле Густав Адольф стремительно атаковал кроатов Изолани и после упорного боя опрокинул их, вынудив к бегству по дороге на Лейпциг. В то же самое время в центре шведская пехота перешла через Лейпцигскую дорогу, выбила изо рва имперских мушкетеров и овладела 7-орудийной батареей противника, повернув ее пушки на самих имперцев.
Валленштейн, видя расстройство своего центра, бросил против правого фланга шведов несколько батальонов из второй линии, а против их левого фланга — 3 полка кирасир. Кирасиры вызвали замешательство в ослабленных боем бригадах генерала Браге и отбросили их, причем шведы потеряли захваченную ими 7-орудийную батарею. Но шведская артиллерия сильным огнем остановила дальнейшее наступление имперцев.