Наступление началось с непредусмотренного препятствия: турецкие снаряды долетали до изготовившейся к атаке колонны Добровольского, огонь же русской артиллерии, подготовлявшей атаку, был малоэффективным. Добровольский принял правильное решение: не дожидаясь результатов артподготовки, он без приказа атаковал турок и отбросил их на левый, западный берег Осмы, где стоял сам город.
Скобелев решил сначала захватить возвышавшиеся на восточном берегу Осмы, против Ловчи, командующие высоты, чтобы обеспечить выгодную позицию для наступления. Дойдя до высот без боя, войска встретили огонь с двух из них. Третью, прикрытую слабой цепью конников, заняли почти без сопротивления и назвали ее Счастливой. Овладев затем двумя другими высотами, Скобелев приказал установить на них артиллерию, а когда обнаружил неточность стрельбы, отправился на батарею. Здесь он увидел, что прислуга прячется в ровиках от крупнокалиберных снарядов турок. В это время на позицию упал снаряд. Скобелев остался на месте и, успокоив солдат, сказал: «Теперь сам приказываю вам при приближении снарядов прятаться в ровики, затем посылать ответ».
Около 12 часов колонна Скобелева с распущенными знаменами и при поддержке артиллерии перешла в наступление, держа направление на Рыжую гору. Встретив сравнительно слабое сопротивление, войска почти без потерь захватили этот важный пункт, Скобелев же расположился на площадке, карнизом висящей над городом. Турки продолжали вести огонь из заречного редута, но теперь огонь и русской артиллерии стал действенным. При ее поддержке войска ворвались в город и овладели им после короткого боя. Один из батальонов Эстляндского полка, состоявший из новобранцев, дрогнул и побежал через кладбище. Для ободрения людей Скобелев прибег к приему, который он не раз применял впоследствии: выстроив батальон, он проделал короткое учение ружейным приемам и, когда солдаты пришли в себя, отправил батальон по назначению.
Взятием турецких позиций на правом берегу Осмы и города закончился лишь первый этап ловчинского сражения. Оставались еще укрепления, расположенные за рекой. Их атака началась в 14 часов. На левый фланг турецкой обороны наступала колонна Добровольского, на правый — колонна Скобелева, с тыла позиции противника охватывала конная бригада Тутолмина. Перейдя реку, Калужский и Либавский полки скобелевской колонны попали под сильный огонь турок. Трудность продвижения вызывалась открытым характером местности. Впереди возвышалась только мельница с окружавшими ее несколькими деревьями. Нарушая обычный порядок наступления, солдаты по своей инициативе стали передвигаться к мельнице перебежками, небольшими группами. Потери резко сократились. Солдатское изобретение, сделанное под давлением необходимости, положило начало новой тактике атаки. Так же перебежками полки приблизились к высоте и, следуя ее обрывистым склоном, атаковали траншеи. Одновременно Ревельский полк ударил туркам во фланг. Не выдержав штыкового удара, турки бросили траншеи и бежали к редуту.
Занятые в зоне действия скобелевской колонны защитой своего левого фланга, турки отвлеклись от правого. Этого момента ждал Скобелев, находившийся на своем левом фланге с семью батальонами. Как всякий настоящий полководец, он безошибочно выбрал момент для атаки. В 17.30 он лично, с музыкой и распущенными знаменами, повел свои батальоны на правый фланг турок. Внушительное зрелище уверенно наступавших русских войск, уже чувствовавших близкую победу, деморализовало турок. Оставив траншеи, они бросились к редуту, но редут был одновременно атакован калужцами, либавцами и ревельцами. Теперь турки уже не отступали, а бежали. До самой темноты их преследовала кавалерия Тутолмина. Разгром противника был полный. Из 8-тысячного гарнизона спаслись всего 400 человек. По подсчетам турок, они потеряли только убитыми две тысячи человек. Русские потери убитыми и ранеными составили 1700 человек. Принимая во внимание силу турецкой позиции и дальнобойность артиллерии, Ловчу следует расценить как большой успех, пример хорошо организованного и проведенного боя, выгодно отличавшегося от двух штурмов Плевны. Заслуга победы принадлежала Скобелеву. Успех дела еще до штурма был предрешен проведенной им тщательной и всесторонней подготовкой. Ловча показала, на что способен Скобелев, когда ему дается хотя бы относительная самостоятельность.