Легионы Цезаря с ходу атаковали лагерь противника и взяли его. Остатки армии Помпея отступили на близлежащую гору, а затем устремились к Ларисе. Цезарь оставил часть сил для охраны своего лагеря и захваченного лагеря противника, а сам с четырьмя легионами пошел наперерез помпеянцам. К вечеру ему удалось перерезать противнику пути отступления, а на рассвете остатки армии Помпея сложили оружие. Цезарь, по его собственным данным, взял в плен 24 тысячи легионеров, включая плененных в бою, в лагере и в редутах. Много помпеянцев, по его сообщению, бежало в соседний город. Это никак не согласуется с названной Цезарем цифрой — 15 тысяч убиты (См.: Записки Юлия Цезаря и его продолжателей. М.-Л., 194:8). Под Фарсалом исход боя фактически решил внезапный удар общего резерва армии Цезаря. Таким образом, резерв стал применяться не только для отражения неожиданных ударов противника, как это было раньше, но и для достижения победы. Третья линия боевого порядка армии Цезаря также сыграла важную роль, оказавшись линией поддержки: она атаковала изнуренного противника с фронта, в то время как во фланг его атаковали конница и отборные когорты. Но такая комбинированная атака была возможна лишь при отсутствии резерва в боевом порядке Помпея и управления ходом боя. Помпеи был только наблюдателем на первом этапе боя и, когда увидел неблагоприятный исход, скрылся в своем лагере. На его стороне было численное превосходство, к тому же он имел третью линию боевого порядка, силами которой можно было парировать обходной маневр когорт противника. Но Помпеи не использовал имевшихся у него возможностей для нанесения поражения легионам Цезаря.
Помпеи скрылся в Египте, где и был предательски убит. Победа под Фарсалом стала логическим завершением всех предшествующих действий Цезаря. Начав гражданскую войну, Цезарь умело использовал промахи Помпея (оставление на произвол судьбы своих легионов в Испании, оставление Рима, оборонительный характер действий, рассредоточение своих боевых сил и др.) и, захватив стратегическую инициативу, уничтожал его войска по частям.
Эта победа позволила Цезарю продолжить борьбу за военную диктатуру и успешно ее завершить. (Сначала он был назначен диктатором на 10 лет, а в 44 (45) году до н. э. сенат присвоил Цезарю титул «вечного», то есть пожизненного диктатора.)
Победа в гражданской войне позволила Цезарю провести ряд реформ, которые наметили пути формирования основ Римской империи.
Морское сражение при мысе Акций (31 год до н. э.)