Как ни странно, сражение при Манцикерте до последнего ее этапа едва ли можно было назвать битвой. Роман выстроил войско в длинную линию, состоявшую из нескольких шеренг, расположив кавалерию на флангах. Сам он встал в центре, левым флангом командовал Вриенний, правым – каппадокийский военачальник Алиат. В арьергарде находились, как пишут источники, «рекруты из благородных семей» под командованием Андроника Дуки, племянника покойного императора (что вызывает некоторое удивление). Этот молодой человек, похоже, даже не пытался скрыть свое презрение к Роману, и удивительно, что ему вообще позволили участвовать в кампании. В течение дня византийская армия продвигалась по степи, но сельджуки отступали широким полумесяцем, предоставляя всю инициативу конным лучникам, которые подъезжали к флангам византийцев, осыпали их градом стрел и снова отъезжали; однако для находившегося в центре императора, к его разочарованию, на месте врага постоянно была пустота. Он продолжал ехать в надежде, что каким-то образом ему удастся заставить противника развернуться и вступить в бой; внезапно он понял, что солнце быстро клонится к закату и что он покинул лагерь практически без защиты. Он дал сигнал возвращаться и повернул коня.
Именно этого и ждал Алп-Арслан. С окружавших степь холмов ему было видно каждое движение Романа, и он дал приказ атаковать. Строй византийцев смешался и рассыпался; некоторые отряды наемников, решившие, что императора убили, обратились в бегство. Сельджуки тем временем бросились наперерез распавшемуся строю, отрезая его от арьергарда. Арьергард должен был теперь пойти вперед, зажать врага между собой и передней линией и не дать ему уйти. Вместо этого Дука намеренно пустил среди своих людей слух, что император потерпел поражение и битва проиграна. После этого они бежали с поля боя, а по мере распространения паники за ними следовало все больше и больше воинов. Только левый фланг, увидев, что император попал в трудное положение, поехал ему на выручку; однако сельджуки быстро набросились на них с тыла, и они тоже вынуждены были бежать.
Роман тем временем оставался на месте, напрасно призывая свое войско собраться вместе – хаос и сумятица оказались слишком велики. Вот что пишет очевидец этих событий Михаил Атталиат:
И какое было смятение, и плач, и горе, и ужас неудержимый, и пыль до небес, и, наконец, турки, нахлынувшие на нас отовсюду! Поэтому каждый, сколь у него нашлось рвения, или стремительности, или сил, вверил бегству собственное спасение. Неприятели же, преследуя бегущих по пятам, одних убили, других взяли живыми, а третьих растоптали [лошадьми]. И случилось ужасное, всякие слезы и жалобы превышающее, ибо что может быть печальнее, чем лагерь императора, бегством и поражением от варваров бесчеловечных и грубых низринутый, чем император, лишенный помощи и варварским оружием окруженный, чем палатки императора, командиров и стратиотов, ставшие добычей этих мужей, [что может быть горше], чем узреть все у ромеев опустошенным, а царство увидеть в мгновенье ока рухнувшим?!
Кто выжил? Фактически лишь те, кто вовремя обратился в бегство. Наемники повели себя так, как слишком часто поступают наемные войска; однако они были связаны контрактом, им выплатили жалованье, и они могли бы проявить хоть немного мужества. Настоящими негодяями стали «рекруты из благородных семейств», которые составляли арьергард, и их командующий Андроник Дука. Их позорное бегство, вероятно, было результатом предательства, а не трусости, но от этого оно не становится ни на йоту более простительным.