Первую часть плана Хмельницкого украинское войско выполнило успешно, воспользовавшись беспечностью врага и отсутствием у него войсковой разведки. Внезапное нападение казаков на польское войско во время обеда дезорганизовало его, и шляхтичи могли оказать лишь разрозненное сопротивление.
На опушке дубовой рощи показались группы казаков и татар, с которыми вступил в бой отряд передовой стражи. В это время король приказал строиться для боя. Боевой порядок состоял из трех частей: правое крыло – шляхтичи Подольского и Брацлавского воеводств, центр – ландскнехты и 500 гусар во главе с королем, левое крыло – шляхтичи из внутренней Польши.
Казаки вместе с татарами прежде всего нанесли поражение отряду Корецкого, остатки которого бежали в панике и укрылись в обозе.
Затем на опушке леса начали накапливаться группы татар и казаков, количество которых быстро увеличивалось. Большой отряд татарской конницы подскакал к правому крылу польского войска, выпустил тучу стрел, проскакал вдоль фронта и врубился в левое крыло. Это явилось сигналом общей атаки, которую начало украинское войско по всему фронту.
Три раза подавалось польское войско назад, и наконец левое крыло не выдержало и побежало. Король двинул на помощь ландскнехтов и рейтаров, а правое крыло боевого порядка контратакой пыталось спасти положение. Продвижение казаков удалось задержать до наступления темноты. Польские паны укрылись в обозе и начали его укреплять шанцами.
Ночью король собрал военный совет, на котором было решено написать крымскому хану письмо с обещанием всего, чего он пожелает, лишь бы хан отступился от Хмельницкого. В это время в лагере стал распространяться слух о том, что король якобы убежал. Началась паника, которую удалось прекратить с большим трудом.
Еще не были готовы окопы, когда рано утром 6 августа возобновился бой. Казаки атаковали противника с фронта, татары – с тыла. Несколько казачьих сотен Хмельницкий направил для захвата Зборова. Казаки ворвались в город, втащили на колокольню две пушки и стали обстреливать противника сверху.
Ни длинные пики гусар, ни огонь ландскнехтов не остановили казаков. Они были уже на валу, когда изменил татарский хан, который вынудил Хмельницкого прекратить бой и отвести казаков. Татары спасли от окончательного разгрома польских панов, которые стали теперь сговорчивее, и Хмельницкий 22 августа заключил с ними так называемый Зборовский договор. После подписания этого договора закончилось и «збражеское сидение», продолжавшееся свыше 5 месяцев. По Зборовскому договору казаки получили большие льготы: число реестровых увеличивалось до 40 тыс., король обещал платить казакам жалованье, хорошо снабжать их оружием и не отнимать вольностей.