Центром війська командував полк. Чорнота.
Супроти цього поляки теж стали виводити війська і приготовлятися до бою. Бойове шикування йшло пиняво і не в найкращому порядку. Відділи губилися в нерівному терені, по ярах і пролісках та — в густій мряці. Врешті, коли все було готове, найкращі польські відділи вирішили здобувати греблю, без якої годі було думати про добре вишикування війська. У бій кинено найкращі кінні відділи: судомирський (сандомєрський) полк, чотири хоругви Суходольського, полк Осінського та різні допоміжні хоругви й відділи.
Почався бій — із застосуванням характеристичної тактики Хмельницького. Кривоніс нагло вдарив на праве крило поляків; центр під Чорнотою після короткого спротиву залишив греблю, на правому ж козацькому крилі велася гостра перепалка з Півторакожухом.
Польська кіннота, обстрілювана з боків, побачила перед собою порожнечу і змогу легко захватати греблю. То ж — з усіх сил рванула на греблю і далі перейшла на другу сторону річки, женучись за відступаючими піхотними відділами Чорноти. Інші ж кінні польські відділи стояли позаду в резерві під проводом Вишневецького, Конєцпольського й Остророґа. Мабуть, ці полководці оцінили цю ситуацію так, якою вона й була: Чорнота втягнув польську кінноту в тактичний мішок. Вони вирушили на підмогу в хвилині, коли козаки пристанули й почали густу пальбу по польській кінноті. Польські хоругви, що були з розгоном увірвалися на болотнисту рівнину, нагло з усіх сторін опинилися під сильним вогнем. По ровах, що їх було нереґулярно покопано, засіли козаки й звідусіль обстрілювали поляків. Фронт же ж тримали лави козацької піхоти. Поляки розгубилися, домагання про допомогу залишилися без відповіді: польська піхота стояла в лавах біля свого обозу й чекала наказів; а цих наказів — не було. Врешті рушили на підмогу волинці Кисіля, але й їх розбито, ще поки вспіли дійти до греблі, їх знищив Кривоніс, обскочивши від заду та з боку. З-поміж хоругов, що були кинуті в перший бій, не вернувся ніхто і тільки Осінському вдалося втекти в останній хвилині. Резервові полки Вишневецького, Конєцпольського й Остророґа зазнали дошкульних втрат і вже лише рештки завернули назад.
Поляки втратили віру в свої сили і впали на дусі. Ніяк таки вже не вдалося кинути в бій піхоти. "Wojsko cae serce stracio", — пише очевидець. Надходив вечір, а тимчасом у погоні за ворогом українська піхота дійшла аж до перших валів польського табору. Сам Хмельницький із штабом був у перших рядах і підбадьорював козаків:
— За віру молодці, за віру!
Темрява перервала дальший бій. Козаки завернули над річку, а поляки таки ще на конях зробили воєнну нараду. На ніч козаки відійшли до свого табору.
Ситуація була безвиглядна. Найкраща сила поляків — кіннота була знищена козацькою піхотою. Панські хоругви теж дуже потерпіли, навіть ті, що вже наприкінці були доскочили на підмогу. "Не знаємо, що далі було, — писав згодом Кисіль, — щиро мушу написати і кожний це признає, що заледве половина війська нам осталася та й ця решта втратила духа".
Польська військова нарада тривала геть аж до 23-ої години вночі. Вирішено відступити оборонною рукою на Старокостянтинів — "комонником". Рішили теж при відступі взяти частину воєнних возів щоб частково йти табором, бо, — як писав Остророґ, — поляки без охорони заставленими возами в бою довго не видержують та йдуть у розсипку.
На причину для такого рішення відступати склалися оці міркування:
1) безвиглядне бойове положення — тим більше, що терен польського табору зовсім не надавався до оборони на місці;
2) загроза від українських повстанчих операцій на тилах, а з тим — відрізання шляхів зв'язку з польськими землями і постачання харчами та пашею;
3) в наслідок знищення польської кінноти поява татар означала б кінець для польського війська. Перевага бо кінноти по стороні Хмельницького уже зовсім таки виключувала б усякі вигляди на успішний відступ.
Львів (з малюнку 1617 року)
Під Старокостянтиновим рішено підшукати на табір нове пригоже місце.
Рішення — рішенням, але кожен — як виявилося — думав про себе і про те, щоб якнайскоріше вирватися з небезпеки та врятувати особисте майно. Шляхта почала навантажувати вози і безладно залишати табір. Військо й прислуга, побачивши, що діється, почали й собі збиратися, відбувати наради, а згодом на власну руку теж втікати. Напруження переходило всякі межі. Близькість небезпеки, непевність щодо кожної хвилини, ніч, а врешті — очевидна втеча відповідальних начальників — доконали решти.
Усіх огорнула паніка. Першим утік Вишневецький і він таки перший прибув до Львова. Втікали всі, хоч ніхто й не гнався за ними. "Втікають усі в світи, — нарікає Кисіль, — і я з моїм здоров'ям втікаю за ними, а не знаю — куди".
Арцішевський і Осінський — останні могікани — рішили рятувати, що дасться: наказали позапалювати льонти на списах і порозставляти на валах та по таборі, щоб обманути козаків; мовляв, польське військо ночує в найкращому порядку в таборі.
Зі сходом сонця прийшли в польський табір довколишні селяни продавати харчі. Там застали вже тільки рештки війська й чурів, які ще не вспіли були втекти і грабували табір.
Повідомлені про те козаки спершу подумали, що це підступ, але згодом впали в польський табір і вирізали тих, хто там ще остався. Недалеко табору відходив Осінський з гарматами й 800 людьми піхоти. Козаки покищо не гонили за ним. Тільки деякі групи зводили дрібні сутички з Осінським і залишили його в спокою. Аж біля полудня Хмельницький зорганізував погоню за поляками. Відділами погоні командував Кривоніс. Вже на переправах згинуло багато втікачів, головно ж на Случі під Костянтиновом. Там до ноги вигинула німецька піхота Ґізи й Осінського. Деякі польські частини вспіли замкнутися в місті, але 25-го вересня Кривоніс без труду здобув Костянтинів і безпощадно висік польську залогу. Ледви сотня німців добилася до Бродів.
26-ого вересня Хмельницький прибув до Костянтинова, залишивши головні сили на побойовищі. В Костянтинові відбулася нарада щодо дальших плянів походу. Рішено вирушити на захід, щоб піддержати динаміку повстання і знищити решту живої сили Польщі.
Після декількох днів, що їх зужито на поділ здобичі й на очищування околиці від недобитків, головні сили Хмельницького вирушили на захід.
Здобича, що її захватило українське військо, переходила всякі сподівання. Поляки покидали врешті все майно, щоб не обтяжувати себе і врятувати хоча б саме життя. В неволю попав мало хто, бо козаки, знаючи про дальший похід на захід, не могли обтяжувати себе полоненими. При житті залишено лиш визначних поляків, як от Сенявського, Пшиємського, Потоцького, Каліновського тощо. Найбільше ж у полон попало жінок, яких нараховують аж п'ять тисяч! При втечі з табору вигинула головно челядь, бо знатніша шляхта, маючи досвід із Корсунського бою, подбала найперше забезпечити своє життя.
Два тижні після Пилявецького бою Хмельницький, "родовитий козак, людина вчена й добрий вояк", — як характеризує його стара польська хроніка, — станув з усіми своїми силами під Львовом.
Завваження. Про перемогу українського війська над польським вирішили під Пилявцями ті самі чинники, що і в обох попередніх боях. Всі ці бої це не були пересічні тактичні операції. Під Пилявцями також зустрічаємо докази високого воєнного таланту Хмельницького; він виступає ще яскравіше, як візьмемо до уваги загальні військові методи гетьмана, а саме його стратегію знищення. Недостачі й хиби польського війська та його проводу — це справді неґативні сторінки, але тільки порівняно з українським військом і його вождем, або в порівнянні з тими уявленнями, що їх сьогодні маємо про добре військо, про його завдання та обов'язки.
Натомість у порівнянні з тогочасними европейськими збройними силами поляки не були ані гірші ані кращі від таких же військ кінця тридцятьрічної війни.
Українське військо як цілість та окремий український вояк — визначилися такими прикметами й дали такий зразок армії й вояка, що їх заледве після півтора сотні літ зрозуміли в Европі.
В бою під Пилявцями рішає, крім мужви, творча думка гетьмана. Перше, що ясно проявляється в пилявецькій акції, — це незвичайна чуйність Хмельницького. Свідомий того, що поляки зібрали не лише великі скарби Речіпосполитої, але також усеньке найкраще військо, гетьман дбайливо зберігає свої сили для вирішної розправи, — а в міжчасі займається дрібнішими боями здовж річки, а які й повинні були утруднювати полякам доступ до води.
Хмельницький не може наперід знати, де докладно отабориться польське військо, і тому козацькі застави покищо не опановують річки й її північного берега. Навпаки, захоплення переправ і греблі — наступило аж після приходу й отаборення польського війська, а це вказує на дуже вміло й незамітно проведену обсаду річки, Табір без води довго вдержатися не міг і було ясно, що поляки або схочуть запевнити собі вільний доступ до річки, або перенесуть табір куди-інде, абож — відступлять, тому всю увагу Хмельницький присвятив переправам і греблі. З ходу бою бачимо, як поляки мусіли постійно відбивати лівий (півн.) беріг з рук козацьких застав Чорноти і, очевидно, з того приводу зазнавали втрат у конях. Зате український табір не був загрожений недостачею ні води ні паші.
Сам Хмельницький, затримавшися в пилявецькому замку, недалеко від річки, — мав змогу постійно провірювати не тільки розвиток боїв за річку, але також бойовий стан і цінність польського війська. При такій підготові і вгляді в саме поле бою не дивно, що Хмельницький рішився перейти до вирішного бою без кінноти, захоплюючи в наступі всі переправи й греблю таки перед фронтом польського табору. Після цього Хмельницький наступає на самий табір. Він не стоїть безрадно, — як це трапилося було з поляками, коли переправи захопили були вони.
Гетьман має однак поважну перепону, а саме, — в силі польської кінноти, тому ліквідує її не тільки прямим боєм, але й незвичайно проворним маневром — пасткою.