15 августа корпус Каменского 1-го прибыл к Рущуку, и теперь главнокомандующий решил, продолжая осаду крепости, обрушиться на турецкие силы, собирающиеся у Батина. Рекогносцировка выявила, что турецкая армия, силой до 50 тысяч, занимает укрепленную позицию на правом берегу Батинского ручья, упираясь левым флангом в Дунай. Притянув к Рущуку ближайшие отряды, граф Каменский выделяет 20 тысяч для атаки батинской позиции. 24 августа он подошел к батинскому укрепленному лагерю.
План нашего главнокомандующего состоял в следующем: фронтальной атакой частью своих сил привлечь внимание турок к их фронту, после чего главный удар нанести в правый фланг противника и припереть турок к обрывистому берегу Дуная. Назначены две группы: правая (колонны Уварова и Иловайского) под начальством Каменского 1-го — для атаки на фронт; левая (колонны Волкова, Кульнева и Сабанеева) под непосредственным начальством главнокомандующего — для удара в правый фланг турок. Накануне боя правая группа расположилась в двух с половиной верстах к востоку от с. Батин, а левая — в четырех верстах к югу. Для прикрытия правой группы от действий турецкой дунайской флотилии к месту боя подплыла наша флотилия, и на берегу установлена была 4-орудийная батарея.
Связь между группами наших войск поддерживала наша многочисленная конница. Она же составила густую завесу впереди фронта наших войск. Энергично веденная графом Каменским разведка выявила, что в батинском укрепленном лагере сосредоточены отборные турецкие войска, что новые подкрепления на днях ожидаются из Разграда. Нельзя было при таких обстоятельствах терять время, и главнокомандующий решил немедленно атаковать врага.
Утром 26 августа под прикрытием конницы началось наступление наших войск. Правая группа (Каменский 1-й) нацелена была на выдающееся укрепление турок № 3, фланкировавшее своим огнем подступы к соседним турецким укреплениям. Огонь 18 орудий подготовил атаку. Пехота и конница колонны Иловайского одновременно бросились на укрепление и овладели им. При этом, как и в бою под Рымником, два казачьих полка, опередив свою пехоту, ворвались в неприятельское укрепление. Врезавшись клином в самый центр врага, войска правой группы, распространяясь в обе стороны, быстро овладели соседними укреплениями № 4 и 5. Таким образом, к 10 часам утра весь левый фланг турецкой позиции был уже в наших руках.
В это время левое крыло нашей армии вело упорный бой на правом фланге турок. Для облегчения атаки в тыл неприятеля была направлена конница под командой Кульнева. Переправившись через Батинский ручей, Кульнев разбил турецкую конницу и овладел при содействии прибывших к нему двух полков пехоты большим береговым укреплением, служившим как бы редутом для всей турецкой позиции.
После этого одновременно с войсками Каменского 1-го пехота Кульнева ворвалась в с. Батин. Здесь боем руководил граф де-Бальмен. Получив в подкрепление два мушкетерских полка, он по приказанию главнокомандующего овладевает укреплением № 1; оставалось еще укрепление № 2, против которого граф Каменский двинул 10 батальонов пехоты, за ней следовал один гусарский полк. Со всех сторон поля сражения к последнему убежищу турок подходили наши войска. Кольцо сжалось. Однако наступившие сумерки не позволили произвести новую атаку. Так и заночевали наши войска на поле битвы.
После тревожной ночи утром 27 августа защитники последнего турецкого укрепления сдались в плен. Сорокатысячная армия турок была почти полностью уничтожена, лишь около 6 тысяч успели спастись в Шумлу, остальные силы врага были частью уничтожены, частью рассеяны.
После блестящей Батинской победы положение нашей армии значительно улучшилось. Можно было спокойно продолжать осаду Рущука. Стойкость рущукского гарнизона была подломлена роковым известием о поражении отборной турецкой армии под Батином. Вслед за тем пришли известия о падении Систова и Тырнова. Теперь русские войска стояли у подножия Балкан, и великий визирь не мог выйти из Шумлы на выручку Рущуку; его внимание приковано было к балканским перевалам. А между тем бомбардировка Рущука продолжалась изо дня в день. Бастионы были разрушены, гарнизон уже испытывал лишения. 15 сентября на разрушенных рущукских бастионах взвился русский флаг. Вслед за Рущуком настал черед Журжева.
Чтобы окончательно овладеть Средним Дунаем, граф Каменский двинулся на запад, к Никополю, и после короткой осады принудил гарнизон к сдаче 15 октября. Выдвинутый к югу от Дуная отряд князя Воронцова овладел Плевной, Ловчей и Сельви. С наступлением поздней осени военные операции должны были прекратиться.