К концу второго дня Пилявицкого сражения к Хмельницкому подошла пятитысячная крымская орда Тугай-бея, и гетман тут же приказал усилить артиллерийский огонь, чтобы за дымом поляки не могли пересчитать татарские подкрепления. Ночью новые казацкие перебежчики передали региментарям, что Тугай-бей привел сорок тысяч воинов и шляхта заволновалась, поняв, что ее преимущества в коннице больше нет, а значит и до победы совсем не близко.
Наступила решающая ночь на 13 сентября и по казацким полкам командиры прочитали обращение Хмельницкого к воинам: «Панове рыцари! Здесь на нас наступает вся Польша! Победят нас утром ляхи – Украина пропала навеки. Победим мы – и получим волю. Гойда кончать ляхов!» По приказу гетмана ночью казаки подготовили несколько переправ через Икву, а Хмельницкий послал подкрепления Кривоносу, мужественно отбивавшемуся весь прошлый день на польском берегу, предупредив, что утром будет всеобщая атака.
На рассвете казаки и переодетые в татар селяне с дубинами выстроились перед плотиной в штурмующие линии. Увидев это, региментари спешно направили к Корецкому подкрепления, и конные хоругви забили узкую плотину. Ждавший этого Хмельницкий отдал уже срывавшийся с губ приказ и на плотине и ее входе и выходе начался огненный ад. С той стороны резко и мощно ударили казаки Кривоноса, с этой атаковали конные и пешие полки гетмана, поддержанные передвижными батареями на возах-тачанках. Богдан мгновенно выдвинул вперед тяжелые орудия, которые разнесли польскую оборону, и ударившие с четырех сторон казаки в пень вырубили тысячи защищавших плотину жолнеров, которые так и не получили помощь от главного польского лагеря, находившегося всего в двух километрах от Иквы. Десять захваченных на гребле польских орудий уже били по выстраивавшимся вдали шляхетным хоругвям.
Одновременно с разгромом Корецкого, казацкие штурмующие линии с татарами на правом фланге десятикилометровой нескончаемой полосой по подготовленным ночью переправам неотвратимо атаковали выстроившиеся, наконец, перед своим лагерем польские войска. Началось ужасающее сражение двухсот тысяч воинов, продолжавшееся весь совсем не короткий сентябрьский день. В сумерках казаки отрезали польский лагерь от воды и начали с трех сторон окапывать его валами и рвами. За все пять дней сражения поляки так и не смогли использовать свое двойное преимущество в тяжелой коннице, а их тяжелые мортиры не доставали ядрами до казацкого табора. Двенадцать тысяч жолнеров Вишневецкого в боях участия не принимали, привыкнув использовать свои военные таланты только против мирного беззащитного населения.
В огромном польском лагере уже собирался воцариться привычный предсмертный шляхетный хаос. Участники сражения с обеих сторон позже говорили, что от казацких укреплений вылетали почти осязаемые волны холодного мужества и гнева, и раз за разом окатывали бесконечные шляхетные возы, среди которых начали волноваться гоноровые паны, которым уже казалось, что по их надежным доспехам бежит трусливый страх и трепет и влезает в кунтуши и жупаны. Тут и там начали раздаваться визгливо-нервные крики, призывавшие к бегству, с трудом подавляемые хорунжими и ротмистрами. Ситуацию ухудшил начавшийся уже в сумерках бесконечный дождь, быстро превративший польский лагерь в болото.
На ночном военном совете региментари и комиссары решили тихо отступить к Староконстантинову. Тихо не получилось. Вместо того, чтобы отступать последними, триумвират, а тут же за ним комиссары, побежали первыми, по дороге переодеваясь в мужицкую одежду. Заметив, что регламентари уходят, за ними рванулась краковская и сандомирская хоругви.
Внимательно смотревший за поляками Хмельницкий тут же нанес по панскому лагерю страшный ночной удар конными и пешими полками, атаковавшими с трех сторон одновременно. На лагерь опустился огненный ужас, вызвавший панику и быстрое павальное бегство жолнеров и шляхты, бросивших обоз и раненых. Очевидцы вспоминали, что гоноровые паны рубились друг с другом за лошадей и дружно ломали себе шеи: «В чем кто мог и с чем, кто мог и где кто мог, убегали, бросив пушки, оружие и добро».