В летнюю кампанию 1758 года по настоянию Конференции, директивы которой Фермор неукоснительно выполнял, русская армия продолжала продвигаться на запад. Главное и самое кровопролитное сражение не только летней кампаний 1758 года, но и всей Семилетней войны произошло 14 августа у деревни Царндорф. Оно обнаружило беспримерную стойкость русских солдат и такую же беспримерную бездарность главнокомандующего. Фермор допустил, по крайней мере, три просчета, стоившие русской армии огромных потерь: расположил армию в такой тесной позиции, что, по словам Фридриха II, командовавшего пруссаками в этом сражении, «ни одно из ядер, пущенных в их сплоченные массы, не пропадет даром». Король рассчитывал на полное уничтожение противника и приказал «не щадить в сражении ни одного русского». Участник сражения мемуарист Болотов подтвердил слова короля: одно ядро убивало десятки человек. Второй промах Фермора, граничивший с преступлением, состоял в рассредоточении русских войск на отдельные группы, чем он лишил их возможности торжествовать победу и завершить войну. Самая главная оплошность Фермора состояла в проявленной им трусости: в разгар сражения он постыдно бежал с поля боя, оставив армию, точнее полки, действовать разрозненно, не согласуя их с действиями соседей.
Сражение началось в девять утра двухчасовой дуэлью артиллерии, а затем и ружейной пальбой. Из-за дыма и пыли, поднятой кавалерией, видимость была настолько плохой, что обе стороны иногда стреляли по своим.
Инициативу сражения взял в свои руки король, предпринявший против фланга русских войск свою знаменитую «косую атаку», суть которой состояла в нанесении сосредоточенного удара по флангу противника. Но русские войска не побежали с поля боя. Сражение продолжалось целый день, противники израсходовали порох, бились врукопашную, битва превратилась в кровавое побоище. Ночь обе армии провели под ружьем.
Проявивший трусость Фермор к концу сражения появился среди войск и, по словам Болотова, «сделал наиглупейшее дело: он написал письмо к неприятельскому генералу Дона и просил перемирия на три дня для погребения мертвых, и чтоб был дан пашпорт для проезда раненого генерала Броуна. Таковая необыкновенная и не имеющая еще себе примера поступка возгордила неприятеля. Граф Дона ответствовал таким же, но горделивейшим письмом. Он говорил, что как король, его государь, одержал победу, то он и будет иметь попечение о раненых. И сия досадная, безрассудная и крайне неблаговременная переписка и послужила после королю прусскому доказательством, что он победил».
О том, какое попечение о раненых проявили пруссаки, засвидетельствовал капитан прусской армии Архенгольц: «Много тяжело раненных русских, оставленных без всякого призрения на поле битвы… кидали в ямы и зарывали вместе с мертвыми. Напрасно злосчастные бились между мертвыми, старались разметывать их и подниматься, другие трупы, на них бросаемые, тяжестью своею навечно отверзали для дышущих еще страшную могилу». Оба противника понесли огромные потери, и оба главнокомандующих приписывали себе победу: Фермор — на том основании, что пруссаки после сражения оставили поле боя, а Фридрих — на основании письма Фермора; и в русском, и в прусском лагерях отслужили благодарственные молебны.
25 августа в Петербурге была получена реляция Фермора о состоявшейся «генеральной и жестокой баталии», в которой, конечно же, он умолчал о своем бегстве с поля битвы, сообщая о «неколикократном по переменам одна сторона сбивала и места своего не уступала», и если бы «солдаты во все время своим офицерам послушны были и вина напрасно сверх одной чарки не пили, то можно было такую совершенную победу над неприятелем получить, какова желательна». Так отозвался о героизме русских солдат главнокомандующий. В общей форме было сказано, что понесенный «урон весьма знатен». Армии дан приказ: вследствие «слабоствие и за неимением хлеба» отступить.
Императрица и Конференция остались недовольны результатами Цорндорфской битвы. В рескрипте с ответом на реляцию Фермора отмечалось отсутствие в ней плана операций в будущем, главнокомандующий обвинялся «в совершенном неведении о его (неприятеле. —
Цорндорфское сражение дало повод для распрей в лагере союзников: в Версале и Вене с подозрением относились к возможности оставить за Россией Восточную Пруссию.
Фермор, вызванный в январе 1759 года в Петербург, представил план будущей кампании. Конференция нашла его более выгодным для союзников, чем для России. Судьба Фермора была решена — его отстранили от должности главнокомандующего и на его место назначили генерал-аншефа Петра Семеновича Салтыкова, принявшего армию 30 июля 1759 года.