В ливонском войске оказалось на сей раз немало "людей датского короля". Король Дании Вальдемар II прислал ордену солидную помощь из города Ревеля под начальством двух принцев крови — Кнута и Абеля. Но все же самую большую поддержку воинскими отрядами орден получил из германских земель и прибалтийских католических епископств.
Объединенным рыцарским войском командовал опытный военачальник (вице-мейстер) Ливонского ордена Андреас фон Вельвен. Под его рукой собралось огромное по численности для того времени войско — до 20 тысяч человек. Основу его составляла тяжеловооруженная рыцарская конница.
Чтобы покончить с угрозой нового крестового похода на Русь, русский полководец решил сам нанести удар по ливонцам и вызвать их на битву. Во главе своего войска Александр Невский выступил в поход, двинувшись в Ливонию южнее Чудского озера, выслав вперед сильный разведывательный отряд во главе с Домашем Твердиславичем и воеводой Кербетом. Отряд попал в засаду и почти все погибли, но теперь военный вождь Вольного города точно знал направление удара главных сил немецких крестоносцев. Он быстро перевел русскую рать по льду Чудского озера к самому псковскому берегу.
Когда войско Ливонского ордена двинулось по льду озера в псковские пределы, русские уже стояли у них на пути, построившись для битвы. Александр Невский поставил свои полки под самый берег привычным для древнерусского воинского искусства боевым порядком: сторожевой, передовой, большой ("чело") полки, на флангах-крыльях встали полки правой и левой руки. Личная дружина князя и часть конных ратников составили засадный полк.
Немецкие рыцари построились в обычный для себя боевой порядок — клином, который на Руси назывался "свиньей". Клин, голова которого состояла из наиболее опытных воинов, протаранил сторожевой и передовой полки русских, но увяз в плотной массе пеших новгородских ополченцев большого полка. "Свинья" сразу же утратила свою маневренность и силу бронированного таранного удара. Завязалась сеча. В это время по условному сигналу полки левой и правой руки охватили клин, а русская засада довершила охват вражеского войска.
Схватки велись с таким ожесточением, что сеча стала грозить крестоносцам полным истреблением. Закованным в тяжелый металл рыцарям пришлось биться в большой тесноте, где не было возможности даже развернуть боевого коня, тоже носившего на себе стальные доспехи. Напрасно Андреас фон Вельвен пытался организовать стойкое сопротивление и перестроить орденских братьев для битвы. Пешие воины Ливонского ордена — кнехты, набранные из завоеванных немецкими рыцарями прибалтийских земель, не желали погибать за своих поработителей.
Хронист немецкой Рифмованной хроники с нескрываемой скорбью скажет об этом поражении немецких рыцарей-крестоносцев:
…Те, кто находился в войске братьев-рыцарей, были окружены.
Братья-рыцари достаточно упорно оборонялись, но их там одолели…
В сражении на весеннем льду Чудского озера русские наголову разбили главные силы Ливонского ордена. Лишь немногим орденским братьям удалось найти спасение, поскольку их настойчиво преследовали до самого противоположного берега озера. Часть беглецов в панике устремилась к северу от места сражения, но там тяжеловесных конных рыцарей ждала верная погибель. В месте под названием Сеговица били подводные ключи, которые даже крепкий лед делали рыхлым. На Сеговице множество ливонцев ушло под лед.
Битва на Чудском озере, произошедшая 5 апреля 1242 года, вошла в ратную летопись России под названием Ледового побоища, настолько велики оказались потери Ливонского ордена. По летописным сведениям, в сражении были убиты 400 рыцарей-крестоносцев, а 40 попали в плен. Рядовых ливонских воинов, погибших на льду Чудского озера, никто не считал. Число их должно исчисляться на многие тысячи, поскольку каждый рыцарь командовал небольшим воинским отрядом — "копьем". Количество воинов в нем зависело от знатности и богатства предводителя. Взятых в плен изменников из числа русских подданных новгородский князь приказал повесить.
После поражения немецкое рыцарство незамедлительно попросило у Вольного Новгорода мира и долгое время потом не решалось вновь попробовать крепость русского порубежья. Победа в Ледовом побоище прославила Александра Ярославича Невского как великого полководца Руси.
Эта битва вошла в мировую военную историю как образец окружения и разгрома крупных сил тяжеловооруженного рыцарского войска эпохи Средневековья. Полководческое искусство Александра Невского признали и в Золотой Орде. После этой победы князь нанес ряд поражений литовцам, чьи разбойные отряды опустошали новгородские окраины. Энергичными военными и дипломатическими действиями он укрепил северо-западные границы Руси, а в 1251 году заключил мирный договор с Норвегией по размежеванию границ на Севере, на Кольском полуострове.