Суворов понял, что наступательный порыв французских военачальников сменился ясным пониманием обстановки, и теперь они могут и не вывести армию на равнину, где ее ждет почти неминуемый разгром. Тогда в пять часов утра 15 августа правый фланг его войска под командованием австрийского генерала Павла Края атаковал левый фланг французов у Пастурано. Войска Края начали наступление на противника с марша, остальная же армия Суворова к началу сражения находилась вне поля зрения французов. Это ввело в заблуждение не только Жубера, но и значительно позже Клаузевица, считавшего, что Края можно было бы разбить до подхода второй колонны. Необычайное построение армии великого русского полководца, имевшее черты и колонной тактики, и «косого боевого порядка», а также то, что не сохранилась диспозиция Суворова к сражению при Нови, по сей день не дают военным историкам возможности понять, какой тактики в этой битве придерживался Суворов. Лишь на основании самого результата сражения можно констатировать, что действия Суворова, как и в других проведенных им боях, являлись наилучшими в условиях сражения при Нови.
Австрийцы Края потеснили неприятеля, но лично возглавивший контратаку Жубер вскоре сумел вернуть утраченные позиции. После этого Жубер повел французов в атаку против Края, но был смертельно ранен шальной пулей. Командование армией принял генерал Моро. Он усилил резервами, снятыми с центральной позиции, левый фланг, однако запретил какие-либо наступательные действия.
Собственно, задуманные Суворовым атаки австрийцев и имели целью заставить французов стянуть на левый фланг резервы и тем самым ослабить центр боевого порядка, по которому Суворов решил направить главный удар русских войск. В девять утра Суворов отдал приказ Багратиону и Милорадовичу, возглавлявшим авангард русской колонны, атаковать Нови. Под яростным огнем противника Багратион повел на противника десять батальонов, но взять Нови не смог, поскольку французов оказалось намного больше, чем предполагал Суворов. После первой атаки последовала вторая теми же силами, но и она окончилась безрезультатно.
Только когда отчаянный Багратион двинулся в третью атаку на центр противника, французская дивизия Ватрена, наконец, отделилась от основных сил армии, спустилась на равнину и с левого фланга атаковала отряд Багратиона. Тогда его отряд спешно, но вполне организованно отступил на расстояние около трех километров. Преследовавшие их французы в результате отдалились на значительное расстояние от боевых порядков своей армии. Суворов двинул против Ватрена войска Дерфельдена. Дивизия Ватрена была отброшена и скована частью свежих сил русско-австрийской армии, а остальные войска вместе с отрядом Багратиона Суворов воодушевил и лично направил в четвертую атаку на Нови. На этот раз русские войска продавили центр французской армии до самого Нови, загнав французов в крепость и захватив их орудия, однако взять сам Нови им не удалось.
В 12 часов Суворов ввел в сражение корпус генерала Меласа численностью в девять тысяч человек, которому было приказано двинуться вдоль Скривии и ударить в тыл Ватрену. Целью данного маневра было очищение равнины перед Нови от французов, после чего русские войска должны были нанести по центру французов решающий удар. Движение дивизии Меласа происходило неторопливо, и лишь к 15 часам она охватила правый фланг дивизии Ватрена. Помешать этому маневру Моро ничем не мог, поскольку все свои резервы уже задействовал на отражение атак на Нови.
Пятая атака войск под началом генерала Дерфельдена привела к взятию к 17 часам Нови. Центр французов был полностью разбит, дивизия Ватрена, долгое время оттягивавшая разгром французской армии, была окружена и после ожесточенного сопротивления сложила оружие. Главные силы французов на левом крыле оказались под угрозой неминуемого окружения. Стремясь спасти войска от гибели, Моро приказал отступать, но отступление под одновременным натиском с фронта и фланга и перекрестным обстрелом русских войск быстро превратилось в бегство. Французы потерпели сокрушительное поражение.
Общие потери французов в сражении составили от семи до десяти тысяч убитыми и четыре тысячи шестьсот пленными. Еще четыре тысячи человек на следующий день, под натиском преследовавших их русских батальонов, бросив оружие, обратились в беспорядочное бегство и были рассеяны. Так что в целом потери французов достигли двадцати тысяч солдат и офицеров. Была захвачена и вся их артиллерия. Потери союзных войск составили шесть тысяч человек убитыми и ранеными. Большую их часть составили потери австрийских войск под командованием Края на левом крыле. Русские войска, несмотря на упорное сопротивление французов, отразивших первые четыре атаки, потеряли убитыми и ранеными менее двух тысяч человек.