Боевые порядки пунийцев нарушились, многие воины отправились в лагерь за осадным снаряжением, а оставшиеся в строю положили на землю щиты и копья, а сами уселись рядом. Солдаты весело переговаривались между собой, предвкушая, как войдут в Нолу и разграбят добро римлян. Но идиллия закончилась быстро, поскольку распахнулись городские ворота и под звуки труб легионеры пошли в атаку.
Карфагеняне были застигнуты врасплох, но не растерялись, схватили оружие и устремились на римлян. Атака получилась неорганизованной и спонтанной, боевой строй пунийцев оказался нарушен, чем римляне и воспользовались. Гастаты и принципы забросали врагов пилумами, после чего сдвинули большие щиты и бросились вперед. Началась рукопашная схватка, во время которой из Нолы вышла римская конница, обошла сражающихся противников и ударила по карфагенской пехоте. Одновременно справа и слева распахнулись городские ворота и в атаку устремились вспомогательные отряды римлян под командованием легатов Публия Флакка и Гая Аврелия. Конница союзников развернулась широким фронтом и стала заходить пунийцам в тыл. Галлы и иберы дрогнули, попятились, а затем обратились в бегство.
Но до победы римлянам было далеко, как до луны. Ганнибал бросил в бой ливийскую пехоту, вооруженную римским оружием. Ливийцы метнули копья, рванули из ножен мечи и ударили по центру римских позиций. Противники сошлись щит в щит. Одновременно испанская и галльская кавалерия слаженным натиском опрокинула римскую конницу, а нумидийские всадники атаковали союзников и привели их ряды в полное расстройство. Бросив осадное снаряжение, к месту битвы бежали из лагеря тысячи карфагенян, а кельты и иберы, переведя дух, снова вступили в бой. Армия Ганнибала навалилась на войско Марцелла и стала оттеснять его к городским укреплениям. Претор понял, что пришло время выводить войска из битвы, иначе всё закончится не так, как он планировал. Приказав воинам с кольями выдвинуться к воротам и в случае опасности преградить путь вражеской коннице, Марк Клавдий велел трубить отход. Отбиваясь от наседавшего врага, римляне стали отходить в Нолу. Ганнибал приказал противника не преследовать и отвел своё потрепанное войско к лагерю, после чего отправил людей собирать раненых и подбирать тела павших. Сражение закончилось.
Итоги этого достопамятного боя античные авторы оценили по-разному. Плутарх считает, что «