На правом крыле стояли галлы, на левом – самнитяне. Против этих последних расположился Фабий со своими двумя легионами, против первых – Деций с таким же количеством войска. Умбров, по сведениям, сообщаемым Ливием, было в этой битве так же мало, как и этрусков; стало быть, большинство их ушло вместе с этими последними. При первой схватке обе стороны сражались со столь равными силами, что, участвуй в битве умбры и этруски, римляне, без сомнения, должны были бы уступить. Оба римских крыла вели бой различными способами. Фабий, по своему обыкновению, сберегал свое войско до последней минуты и большую часть дня держался в оборонительном положении, чтобы тем сильнее напасть на неприятеля, когда тот устанет. Деций, более горячий вследствие своей молодости и подвижности характера, с самого начала сражения устремил на неприятеля все свои силы, и так как действие пехоты казались ему недостаточно быстрыми, он пустил в ход и кавалерию. Окруженный отрядом храбрейших юношей, он обратился к ним с просьбой врезаться вместе с ним в неприятельские ряды, сказав, что они стяжают себе двойную славу, если победа изойдет от левого крыла, и притом от кавалерии. Два раза опрокидывали они галльскую конницу. Когда же, после третьей атаки, они очутились уже в самой середине неприятеля и стали рубить направо и налево, галлы бросились на них со своими колесницами и до такой степени испугали их лошадей, что те, как ошеломленные, разбежались в разные стороны и часть их в беспорядке кинулась в ряды римских легионов. Еще большее смятение произвели боевые колесницы в римском войске. Галльская пехота воспользовалась этим обстоятельством и тут же пустилась в такую стремительную атаку, что римляне не имели времени оправиться и уже обратились было в бегство. Тогда Деций крикнул: «Куда вы бежите? Что надеетесь вы выиграть бегством?» – и убеждал их прийти в себя, остановиться. Видя, что все его старания удержать их остаются безуспешными, Он воззвал в памяти своего отца П. Деция, того самого, который в битве при Везувии обрек себя на смерть за отечество, и сказал: «Отчего я медлю подчиниться унаследованному мной предопределен и Боги судили нашему роду служить искупительной жертвой в угрожающих государству опасностях. Поэтому я сейчас же принесу в жертву земле и духам мертвецов себя неприятельские легионы». Вслед за этим он велел верховному жрецу Марку Ливию, которого с самого начала сражения ни на шаг не отпускал от себя, прочесть ему ту формулу обречения на смерть, которую некогда произнес его отец, и прибавил к ней еще следующие слова: «Ужас и проклятие, убийство и кровь, гнев небесных и подземных богов предшествуют мне, я несу с собой проклятие погибели знаменам и оружию неприятеля, и смерть да постигнет галлов, самнитян и меня на одном и том же месте». С этими словами он кинулся со своим конем в ряды галлов и пал мертвый под их мечами. С этой минуты битва как будто перестала быть делом человеческих рук. Римляне потеряли своего полководца, но вместо того чтобы прийти от этого в ужас, они перестали бежать и снова начали сражаться. Галлы, и преимущественно та кучка, которая окружила труп Деция, одни метали, словно ошеломленные, кольями, не попадая в цели; другие стояли как окаменелые, не думая ни драться, ни бежать. Напротив того, на римской стороне, первосвященник Ливий, которому Деций передал главное начальство над войском, объявил солдатам, что римляне победили, что смерть их консула спасла их, что на врага подземные боги наслали ослепление и смертельный ужас. В это время легаты, Л. Корнелий Сципион и К. Марций, подоспели со свежими силами, которые Фабий послал им на подкрепление. Галлы отступили и составили замкнутую линию позади своих, выставленных в ряд, щитов. Так как вследствие этого рукопашная битва с ними сделалась невозможной, то римляне, по приказанию легатов, взялись за метательные копья и стали метать ими в эту импровизированную стену. Многие копья пробивали щиты и вместе с тем тела стоявших за ними галлов.
На правом крыле Фабий провел в колебании большую часть дня; но как только он заметил, что силы неприятеля ослабевают, то поспешил направить на него сбоку конницу, а сам повел в атаку свою пехоту. Самнитяне не выдержали напора и во всю прыть побежали в свой лагерь мимо войска галлов и оставили своих союзников одних в самую решительную минуту. Фабий заслал часть своего войска в тыл галлам, а с остальными погнался за самнитянами, У самого лагеря этих последних произошла кровопролитнейшая схватка, в которой погиб самнитский полководец Эгнаций. Лагерь был взят после кратковременного сопротивления, и в то же время галлы были окружены со всех сторон и изрублены.