Сражение было долгим и упорным. Легионы наступали железной стеной, стараясь сбить карфагенскую армию с позиций, усиливая натиск, Марцелл вывел из боя гастатов и бросил в атаку принципов. Испанцы отчаянно рубились кривыми фалькатами, с трудом отбиваясь от наседавших римлян, когда в битву вступили галлы. Потрясая мечами, кельты бросились на легионеров, и сражение закипело с новой силой. Марк Клавдий, объезжая манипулы, заметил, что противник перешел в контратаку, и решил вырвать победу, отправив в бой триариев. Ветераны обошли боевую линию справа и слева, чтобы с флангов ударить по карфагенской пехоте, но Ганнибал предусмотрел этот маневр и выдвинул им навстречу ливийских копейщиков. Ливийцы, вооруженные трофейным римским оружием, по своим боевым качествам не уступали триариям. Противники шли на сближение ускоренным шагом, затем перешли на бег и, наконец, столкнулись щит в щит. С треском ломались копья, гудели от ударов щиты, звон мечей заглушал голоса командиров. Воины передних шеренг давили друг друга щитами, задние ряды напирали на передние, и если кто из бойцов падал на землю, то уже не поднимался. Упавших солдат сразу затаптывали насмерть как собственные товарищи, так и враги.
Остановив атаку триариев, Ганнибал решил ввести в сражение боевых слонов и преломить ход сражения. Заглушая своим ревом грохот битвы, слоны вломились в римские ряды и привели их в полное расстройство. Немало легионеров было растоптано, многие стали разбегаться в разные стороны, чтобы спастись от разъяренных гигантов. Осознав, что ещё немного, и фронт рухнет, военный трибун Гай Децим Флав выхватил из рук знаменосца первой манипулы гастатов штандарт и устремился вперед. Вдохновленные мужеством командира, римляне остановились и снова пошли вперед. Слоны всё крушили на своем пути, пока вновь не столкнулись с манипулой Флава. Трибун указал мечом на идущих напролом чудовищ и приказал забросать их копьями. Промахнуться с такого расстояния было невозможно, ни одно копье не пролетело мимо, все попали в цель. Несколько слонов повалилось на землю, подминая под себя римлян и карфагенян, другие были ранены и сбились в кучу. Некоторые погонщики пытались вытащить из тел животных торчащие в них копья, но удалось это далеко не всем, и слоны продолжали реветь от боли. Римляне, ободренные успехом легионеров Флава, стали кидать в слонов копья со всех сторон, и вскоре вся элефантерия обратилась в бегство.
Не слушаясь погонщиков, обезумевшие от боли звери ворвались в ряды карфагенской пехоты и произвели в них страшное опустошение. Правый фланг армии Ганнибала пришел в полное расстройство, и в этот момент римляне пошли в контратаку. Не выдержав двойного натиска, галлы и испанцы обратились в бегство, а Марцелл отправил в погоню конницу. Видя разгром правого крыла, Ганнибал спешно отвел к лагерю левый фланг и центр, пропустил беглецов через боевые порядки и приказал вновь сомкнуть ряды. В это время в лагерных воротах рухнул на землю израненный слон, а рядом повалился ещё один истекающий кровью гигант. Возникла давка, воины бросали на землю мечи и щиты, пытаясь перебраться через две мертвые туши, наглухо закупорившие проход. Некоторые из солдат прыгали в ров, а затем по откосу вала карабкались наверх. Стоявшие на валу караульные протягивали им копья и затаскивали в лагерь. Римляне вплотную подошли к вражеским позициям, но Марк Клавдий, видя развернутый вражеский строй, а также стоявших на валу лучников, пращников и метателей дротиков, не рискнул продолжать атаку. Трубы протрубили отход, и легионы стали отходить к своему лагерю. Бой был закончен.
Наутро Марцеллу доложили, что карфагенская армия покинула лагерь и ушла в сторону Бруттийского полуострова. Проконсул не мог преследовать Ганнибала, поскольку за три дня боев римляне понесли очень тяжелые потери. Особенно велико было количество раненых. Скрепя сердце Марк Клавдий был вынужден отказаться от активных действий. Битва при Канузии завершилась.
Подведем итоги трехдневного противостояния. Марцелл неукоснительно следовал инструкциям Фабия Максима, и своими маневрами сковал силы карфагенской армии. В этом смысле действия проконсула достойны всяческой похвалы. Зато неуемное желание Марка Клавдия непременно разбить Ганнибала на поле боя обернулось для римлян фатальной неудачей. Судите сами.