Между тем Меншиков, вопреки Августу, продолжал тянуть все силы к Калишу, в районе которого, по данным его разведки, находилось до 8 тыс. шведов и 15 тыс. поляков-станиславцев. 17 октября русско-польско-саксонские союзники перешли неглубокую Просну, согласовали расстановку полков и встали в боевой порядок в 5 км к югу от Калиша. С севера город блокировали иррегулярные части. Часть поляков переправилась через Просну только на следующее утро, в день битвы. Мардефельт выстроил войска за ручьем, протекающим через д. Добжец, фронтом на юг и с опорой левого фланга на Просну. Всю ночь обе стороны простояли в боевой готовности. О неожиданной ночной или утренней атаке противники не думали: Мардефельт, начисто лишенный тактической дерзости Карла XII, отдал всю инициативу противнику, Август II до последнего сдерживал Меншикова.
Утром 18 октября союзники провели военный совет, после которого, несмотря на проволочки Августа, полки стали двумя колоннами перемещаться на более выгодную западную позицию, перед которой не было водных преград. 10 тысяч казаков и калмыков блокировали тыл шведов за правым болотистым берегом Просны и с востока от Калиша. Загнанный в угол Мардефельт развернул 3-километровый фронт между деревнями Косцельна Весь и Добжец лицом на запад, тылом к Просне, сдав всю инициативу противнику.
Единого командования у союзников не было. Август никогда не управлял войсками в бою и, отрешенный шведами от короны, формально не имел права начальствовать над ними. Распоряжение саксонцами он вручил генерал-лейтенанту голштинцу М. Брандту, нанявшемуся в Коронное войско в 1692 г. и успевшему слегка повоевать с турками, татарами и шведами. Дабы не создавать впечатления полного отстранения от боя, Август, вопреки обыкновению, выехал на поле рядовым наездником.
Сандомирянами командовал великий коронный гетман Адам Николай Сенявский, один из руководителей Сандомирской конфедерации, амбициозный, но посредственный военачальник. Главнокомандующим де-факто стал инициатор Калишской баталии — А. Д. Меншиков, который выезжал на поле с полной верой в победу. Будучи на 13 лет младше Мардефельта, русский генерал не очень сильно уступал тому в военном опыте.
В сухой осенний полдень 18 октября союзники стали готовиться к бою. При общей численности в 34 000 человек в линиях было выставлено около 24 тыс. всадников (казаки и калмыки в сражении не участвовали).
Полагая наступление за лучший вид обороны, шведский генерал не подумал об обороне и ничего не сделал для инженерной подготовки поля сражения. Он не укрыл пехоту за стенами Калиша — осенне-зимняя непогода, скорее всего, заставила бы союзников отказаться от осады. В головах шведских военачальников прочно сидел шаблон — разваливать линию врага стремительной атакой. Так было во всех полевых битвах вплоть до полтавского потрясения. Только в Финляндии начиная с 1713 г. шведы стали держаться против русских оборонительной тактики. Поэтому Мардефельт не стал смещать поляков назад, подобно Меншикову, а поставил их рядом со шведскими полками.
Из-за саботажа Августа сражение началось поздно, когда уже начало смеркаться. Этим Август давал противнику дополнительный шанс снизить потери и, может быть, ускользнуть, пользуясь темнотой. Трехчасовая «полная баталия» завязалась между тремя и четырьмя часами с залпов пушек. Русско-саксонские союзники начали движение первыми, но Мардефельт тут же послал свое пестрое воинство вперед. Поле огласилось громким кличем «С Божьей помощью!».
На сухом плоском поле длинные линии сближались ровно, хотя из-за черного дыма орудий и поднявшейся пыли эскадроны едва видели друг друга. Едва линии сблизились на ружейный выстрел, как оба польских крыла почти одновременно рухнули. Батальон второй линии выстрелами отбросил несколько саксонских эскадронов, но это уже не могло помочь шведам. Бесславное поведение поляков «храбреца» Потоцкого во многом предопределило поражение Мардефельта.
Шведский нажим не произвел впечатления на русских. Их линия спружинила — Меншиков и Брандт отвели часть центра первой линии на дальность ружейного выстрела. Офицеры держали твердый порядок, а драгуны исправно отстреливались с коней и не спеша отъезжали.