Bohdan Chmielnicki (20-25 tys. Kozaków) założył na prawym brzegu rzeki Ikwy ufortyfikowany obóz, na lewym natomiast oszańcował przyczółek, który obsadził oddziałem piechoty i artylerią.

20 września pod Piławce doszli regimentarze polscy: Władysław Dominik Zasławski-Ostrogski, Mikołaj Ostroróg, Aleksander Koniecpolski, którym po klęsce pod Korsuniem sejm konwokacyjny powierzył dowództwo wojsk polskich w miejsce wziętych do niewoli hetmanów. Ze względu na braki wiedzy, doświadczenia i charakteru Bohdan Chmielnicki nazwał ich: Mikołaja Ostroroga – "Łaciną", Koniecpolskiego - "Dzieciną", a Zasławskiego – "Pierzyną".

Na miejsce przybyło ok. 30 tys. wojsk zaciężnych i pocztów prywatnych. Przemieszane ze sobą wojska prywatne i chorągwie koronne, przerażona i czekająca tylko na sygnał do ucieczki szlachta, brak jednoosobowego dowództwa oraz skłóceni dowódcy z góry przesądzały wynik bitwy.

21 września Polacy opanowali przyczółek i przerzucili kilka chorągwi jazdy na prawy brzeg Ikwy. Jednakże wskutek sporów między dowódcami polskimi do rozstrzygającej bitwy nie doszło. W dniu następnym miały miejsce tylko drobne utarczki. W nocy na 23 września Polacy pozyskali częściowo tylko prawdziwe informacje o przybyciu Tatarów, sprzymierzonych z Chmielnickim (podawano przesadzone liczby, podczas gdy faktycznie przybyło ich ok. 4 tys. z ordy budziackiej pod wodzą Islam Gireja).

23 września Chmielnicki uderzył na oddziały polskie na prawym brzegu Ikwy. Polakom przyszła z pomocą niewielka liczba oddziałów z lewego brzegu, reszta z obawy przed Tatarami pozostała na miejscu. Chmielnicki, by sprowokować Polaków do natarcia i uderzyć na ich skrzydła, cofnął swoje centrum. Polacy jednak ze stratą 300 ludzi wycofali się na lewy brzeg Ikwy, a następnie regimentarze, uznawszy tę pozycję za niedogodną do obrony, podjęli decyzję wycofania się w kierunku na Konstantynów. W nocy wśród wojska rozeszła się pogłoska o ucieczce regimentarzy, co wywołało panikę. Porzucając tabory i broń, wojsko polskie zaczęło uciekać. Jeden z pierwszych pole walki opuścił późniejszy zdrajca Hieronim Radziejowski. W porządku wycofała się jedynie piechota pod wodzą obersztera Samuela Osińskiego, która osłaniała odwrót ponosząc duże straty. Rankiem 24 września Kozacy zajęli obóz polski, zagarniając tabory i artylerię (m.in. 100 dział). Kozacy ponieśli minimalne straty (zginął płk. humański Hanża).

Po bitwie połączone wojska Chmielnickiego i Islam Gireja ruszyły w głąb Rzeczypospolitej, docierając bez przeszkód aż pod Lwów i Zamość. W wyniku klęski Rzeczpospolita utraciła na parę lat kontrolę nad znacznymi obszarami Podola i Wołynia.