Bitwa była bardzo chaotyczna i toczyła się ze zmiennym szczęściem dla obu stron. Do popołudnia przewagę miały polskie chorągwie, które kilkukrotnie odważnie zaszarżowały braci zakonnych. Przy trzeciej szarży szczęśliwym trafem strzała powaliła konia, na którym siedział krzyżacki chorąży Iwan. Wielka chorągiew upadła na ziemię i została przygnieciona przez ciało konającego wierzchowca. Rycerstwo krzyżackie nagle utraciło ją z oczu. Brak sztandaru spowodował zamęt. W szeregi zakonników zaczął wdzierać się chaos i dezorientacja. Bracia zakonni zaczęli tracić pole. Polscy rycerze widząc co się dzieje jeszcze mocniej nacisnęli na Krzyżaków. Zakonnicy zaczęli się poddawać. Straż tylna armii Krzyżackiej została rozbita. Wojska Władysława Łokietka schwytały wielu znamienitych jeńców oraz zdobyli utracona przez Iwana wielką chorągiew. Bitwa się jednak nie skończyła. Popołudniu na pole walki nadciągnęły główne siły Krzyżaków, które zostały wezwane przez niedobitków tylnej straży pokonanej przez Polaków. Bracia zakonni zaatakowali polski obóz. Ponownie wywiązała się brutalna i zacięta walka. Zwycięstwo przechodziło z rąk do rąk. Zakonnicy zdołali odbić z rąk polskich w tej fazie bitwy większość jeńców oraz pechową chorągiew. Bitwa ciągnęła się ze zmiennym szczęściem do wieczora. Wtedy na polu zjawił się ze strażą przednią von Plauen, który mógł dać Krzyżakom zwycięstwo. W tym momencie przezorny Polski Król odesłał z pola bitwy swego jedynego syna Kazimierza. Zmęczeni bitwą Polacy starli się ze świeżymi siłami Krzyżaków i zwyciężyli. Dowódca straży przedniej Reuss von Plauen wraz z 40 braćmi zakonnymi dostał się do polskiej niewoli. Krzyżacy zdołali w tym czasie odbić własny tabor. Nad polem bitwy zapadały ciemności wobec, których Król Polski Władysław Łokietek zarządził opuszczenie pobojowiska. Krzyżacy pojmali wielu polskich rycerzy. Zostawili sobie 100 najcenniejszych jeńców, a resztę Polaków na miejscu wymordowali. Komtur chełmiński Otto von Lautenberg zarządził odwrót do Torunia. Marsz na Brześć Kujawski nie powiódł się, a kampania krzyżacka zakończyła się fiaskiem. Łokietek z jeńcami wjechał triumfalnie do Krakowa. Dzięki krwawej bitwie pod Płowcami Polacy nie dopuścili do połączenia wojsk zakonnych z siłami czeskiego króla Jana Luksemburskiego, tym samym ratując zjednoczone Królestwo Polskie. Na polu bitwy 27 września 1331 roku straciło życie według źródeł 4187 rycerzy, z czego większą część stanowili Krzyżacy. Siły zakonne w kampanii łącznie liczyły około 7000 ludzi, polskie natomiast 5000.