Здогад гетьмана був правильний: поляки не мали наміру вести боїв і в зовсім небойовому настрої воліли пройти трудним, порослим, горбуватим, але ж — як здавалося, — куди безпечнішим шляхом.
Знаючи про вислід наради, Хмельницький вирушив від Стеблова на північ і, оминаючи польський табір від заходу, розташувався на шляху польського відступу. Цей маневр він виконав своїми добірними частинами, решту ж війська залишив на місці. Власне ті залишені частини зараз вранці й зайняли Корсунь. Поляки, помітивши українські відділи в місті, були певні, що Хмельницький ще не вирушив з місця і не скоро буде готов до погоні.
Однак у тому часі Хмельницький уже зайняв був глибоку грузьку долину, що перетинала шлях на Богуслав, яких 7 км від Корсуня біля села Горохівці; звали, її Крутою Балкою. Там він і поробив засідки, покопав рови й окопи, обсадив усе те військом і артилерією та очікував приходу польського табору.
26-го травня досвіта польський табір вирушив на захід: ішли були на схід з надією на перемогу, — верталися в страху за власну шкуру. Кожний змагав до того, щоб якнайскоріш відірватися від козацьких військ, ніхто не виявляв охоти встрявати з Хмельницьким у бій.
Табір впорядковано так, що на переді уставлено піхотні частини Потоцького, чотири гармати та ще три компанії драґунів. Позаду ішов Каліновський із своїм полком, Одживольськйй та інші. Праве крило було обсаджене рештою полків Потоцького і відділами Сєнявського; в середині табору уставлено піхоту й драґунів. Ліве крило, від сторони Росі, було обсаджене ще найслабше. В середині табору уставлено, вози з приватним майном шляхти, коляски, челядь і зайвих коней. Табір ішов без сторожових охорон і без розвідувальних відділів.
У хвилині, коли поляки рушили з місця, їх обступили з усіх сторін козацькі відділи; не підходили однак близько, спостерігали тільки порядок походу і стан табору та без пострілу розступалися перед поляками. Мабуть, і тому, щоб не викликувати зайвих боїв, поляки й не висилали ніяких забезпечень ні розвідки, міркуючи, що й козаки не мають наміру збройно зачіпати табір.
Але ця дивна тишина не довго тривала: декілька кілометрів за Корсунем козаки почали обстрілювати польський табір, підступати до самих возів, словом, почали зачіпну дію з усіх сторін.
Шлях провадив на горби і коли поляки опинилися на верху пагорба, помітили, що їх табір з усіх сторін оточений українськими військами; яких два кілометри позаду йшов татарський кіш. Відстрілюючися, табір попрямував до ліса. Скрай гущавника теж обсадили українські відділи, що й несподівано засипали поляків мушкетним вогнем. З боєм поляки увійшли в ліс, обсаджений і укріплений Хмельницьким.
"За пів до полудня", себто біля восьмої-дев'ятої години вранці, поляки зайшли в околицю Горохової Діброви. Там їм позастрягали вози в болоті й багні, а одночасно козаки почали наступ. Ліс не давав полякам змоги для успішної оборони. Мушкетні й гарматні постріли не багато шкодили козакам, що сиділи в ровах і в приготовлених земляних укріпленнях. "Більше козацька гармата при фортелях нам шкодила ніж наша козакам" — пише очевидець бою. В густому лісі табір не йшов рівномірно. Ліве крило й середина мусіли переборювати трудні теренові перешкоди: горби, долини й густі проліски. Праве крило мало змогу просуватися скоріше, бо там терен не був зарослий. І так табір розсунувся і здезорганізувався.
У стрімкій Гороховій Діброві бій завершився. І так уже нереґулярний польський табір не видержав ні українських наступів ні теренових перешкод. Передні вози з розгоном в'їхали в яр і там застрягли у перекопаних ровах. З гори над'їжджали дальші вози, усе скупчувалося в долині, табір розірвався, коні в'їжджали на передні вози. Загальний хаос ще побільшувала стрілянина й завзяті наступи козаків. Бій потужнів і для поляків ставав безцільним. Коли врешті поляки дістали ще й спереду вогонь української артилерії, а козаки увірвалися в середину їх табору, то стало ясно, що приходить кінець. Почався рукопашний бій. Козаки фронтовим наступом здобули польські гармати, а бій ішов так зблизька, що "рура (цівка рушниці) паса сягала". Біля полудня драґуни й кварцяні відділи просто перейшли на сторону українців. Це була остання бойова дія, в якій брали участь кварцяні відділи. Від того часу вони перестали існувати назавжди.
Поляки стали розбігатися, промощуючи собі шлях боєм. Алеж важкі панцирі заваджали скорому відступові та й до того ще всі коні находилися в середині табору, і доступ туди був неможливий. В полон попали: Потоцький, Каліновський, ранений в лікоть, Сєнявський, Одживольський та інші. Потоцький попав у полон не на полі бою, а яких два кілометри від Горохової Діброви, де козаки розбили декілька польських відділів у силі кількасот чоловік, а яким вдалося було вибратися з ліса. Козаки не дуже то й гонили втікачів, бо зайнялися самим обозом. Більшість поляків, що були вирвалися з бою, згинула з рук довколишніх селян.
Хоч сам бій тривав усього чотири години і закінчився біля полудня, то поодинокі групи поляків билися ще до пізнього вечора в лісі і над Россю.
Втрати поляків були великі: згинули 500 чоловік передової шляхти і старшин, решта ж попала в полон. Втекла лиш частина обозових чурів. Здобича, що попала в українські руки, була дуже велика. Величко подає разом здобичу з-під Жовтих Вод і з-під Корсуня, і з його опису бачимо, з яким зайвим обтяженням вибралися були поляки на воєнну виправу.
Втрати Хмельницького не були великі: 70 убитих і 95 ранених. Воно й зрозуміле, бо ж і бойова ситуація українських військ була дуже догідна. Козаки наступали з підготованих позицій та з ліса так, що поляки не мали змоги обстрілювати їх цільно тимбільше, що і внутрішній хаос не давав полякам оборонятися зорганізовано.
Другого дня в Гороховій Діброві відбувся святочний молебен, а опісля бенкет з нагоди перемоги. До бенкету запросили полонених шляхтичів, — а обозові чури одержали 25 куф горілки.
Сам Хмельницький провів декілька днів у Корсуні, а опісля вирушив з військом почерез Богуслав-Рокитну під Білу Церкву. По дорозі виловлювано ще втікачів так, що аж 31-го травня козаки станули під Білою Церквою. Кілька днів пізніше туди прийшов теж і хан з цілою ордою.
У Білій Церкві Хмельницький перевів організацію війська. Весь елемент, що не надавався для реґулярних військових одиниць, Хмельницький просто виділив і завернув назад додому. У війську залишилися лише досвідчені й вишколені бійці. Усіх інших Хмельницький "до роботи і податків привертає", — пише тогочасний очевидець. "І більше хлопів руських до них прибувало, — пише Радзівіл, — але Хмельницький їх усіх до плуга назад відсилає".
Завваження. Вислід бою під Корсунем залежав від розташування сил обох сторін, — а головно від здібнощів і творчої думки вождів.
Українські сили виявили деякі бойові ціннощі, яких недоставало полякам. Сам Остророґ оцінює українців (у листі від 17-го червня 1648 р.) такими словами: "це вояк з природи і з великим знанням" ("dowcipu wilkiego i z natury olnierz"). З того бачимо, що рішення Хмельницького — відкинути увесь неспосібний і невишколений елемент, — було правильне. Девіза гетьмана була: "не численність, але якість". Слаба сторінка українців була:
1) числова перевага польських сил та
2) слабе озброєння татар.
З тієї причини татари й не брали безпосередньої участи в самому бою. Вони лише викінчували поляків. Як під Жовтими Водами, так і під Корсунем головною зброєю татар був "масляк". У Міхаловського Раєцький описує, що від татарина в бою дістав кінською щокою по голові.
Плян Києва 1638 року (з "Тератургіми" А. Кальнофойського)
Перевагу поляків становила в головній мірі кіннота, якій українці не могли протиставити нічого рівновартного. Сам Любомірський, знаючи це, радив, щоб козакам протиставити просто німецьку піхоту, може, тим більше, що кошти, витрачені на кінноту, двічі більші.
Те, що корсунський бій — був типовим піхотним боєм, це особиста заслуга Хмельницького, який зумів поставити поляків у таку ситуацію. Поляки висунули свою кінноту як ударну групу, завданням якої було розбити український фронтальний спротив. Хмельницький, що докладно знав тактику тогочасних військ, зважився на маневр, щоправда, доволі рисковний, але в висліді — успішний. Він втягнув польську кінноту в тактичний мішок і знищив її піхотою. Цей маневр був небезпечний, бо добровільно заламлював опірну лінію українських військ. Але гетьман у своїх міркуваннях спирався на досвіді, на боєспосібності й відданості українського війська. Без тих духових прикмет, що визначають знаменитих вояків, важкий удар кінноти був би, без сумніву, українців заламав.
Саме ж польське військо з бойового погляду було добре вишколене й споряджене. Без сумніву, воно виявило теж велику боєздатність, коли зуміло боротися в Гороховій Діброві у безнадійному положенні декілька годин, — можна сказати до останнього кінця. Очевидно, виключити з цієї характеристики слід українців, що їх примушено служити в польських відділах, і які використовували всяку нагоду, щоб перейти до Хмельницького, і билися нерадо. Остророґ оцінив їх так: "Русі вірити ані її вжити не можна" — і радив на майбутнє творити лише польське й литовське народнє військо як єдино надійний елемент. Радив отже те, що Хмельницький вчинив був головною підставою своїх успіхів.
Польський похід під Корсунь ішов пиняво. Очевидно, Хмельницький докладно знав про всі рухи польського війська і, йдучи скорим маршем, зручно заскочив поляків під Корсунем, не давши їм змоги приготовитися до бою. Один тиждень спізнення в польському поході став вирішним чинником для висліду бою. Поляки не те, що не вепіли виконати усіх потрібних земляних робіт для охорони табору, але не змогли навіть устійнити провідної думки для переведення самої бойової акції. Польські високі старшини вину за загибіль війська опісля складали один на одного. Але немає сумніву, що вся вина спадає на Потоцького, який не виявив настільки рішучости, щоб прийняти бій з українцями або й витримати облогу.