Князь Александр расположил свое войско между Узменью и устьем реки Желчи на восточном берегу Чудского озера, «на Узмени, у Воронея камени», как сказано в летописи. Войска были выстроены в три эшелонированных линии; на северной стороне Воронья камня укрылось конное войско князя Андрея. Немцы не разгадали хитрости Александра Невского. Они вышли вслед за ним на лед Чудского озера, не задумываясь над тем, что им грозит и какими будут следующие действия русского полководца. Как обычно, немцы построили свои боевые порядки клином, или «свиньею». Во главе клина двигалась тяжеловооруженная рыцарская конница в броне; были там и датские рыцари из Таллина под командованием принцев Кнута и Абеля.
Передовые лучники русских осыпали наступающих тучей стрел. Но «свинья» неуклонно двигалась вперед и в конце концов смела лучников и плохо организованный центр. Сквозь крики сражающихся был слышен страшный скрежет мечей и видно было, как рассекались шлемы и падали на лед тела людей.
Летописец со слов очевидца, одного из воинов, пишет: «И бысть ту сеча зла и велика немцем и чюди, и труск от копей ломления и звук от мечнаго сечения, якоже морю померзшю двигнутися. И не бе видети леду: покрыло бо есть все кровию».
Тем временем князь Александр укрепил фланги, а за первым эшелоном поставил лучших лучников, которые на расстоянии стремились расстрелять медленно приближающуюся крестоносную конницу. Наступавшая «свинья», которую вел в бой патриций Ордена Зигфрид фон Марбург, уперлась в лесистый высокий берег Чудского озера, заросший ивняком и запорошенный снегом. Дальше наступать было некуда. И тогда князь Александр — а ему с Воронья камня было видно все поле битвы — приказал пехоте с флангов атаковать «свинью» и по возможности «разрезать» ее на части. Меченосцы утратили компактность своего боевого порядка и взаимодействие, сбились в кучу. Битва разделилась на отдельные островки сражающихся. Копейщики стаскивали крючьями рыцарей с коней, а на льду их добивала пехота. Сражение превратилось в кровавое месиво, и было непонятно, где свои, а где чужие.
Настала решающая минута сражения. Александр снял рукавицу и махнул рукой, и тогда с северной стороны Воронья камня выехала суздальская конная дружина князя Андрея. Она на полном скаку ударила с тыла по немцам и чуди. Первыми не выдержали кнехты. Они бежали, обнажив тылы рыцарского войска, в тот момент спешенного. Рыцари, увидев, что ратное дело проиграно, тоже бросились вслед за кнехтами. Некоторые стали сдаваться, прося о пощаде на коленях с поднятой правой рукой.
Немецкий хронист с нескрываемой скорбью пишет о поражении крестоносцев:
По словам автора «Рифмованной хроники», к концу битвы рыцарям стало казаться, что на каждого из них напало, по крайней мере, 60 русских воинов.
Поэт Константин Симонов в поэме «Ледовое побоище» так описал кульминационный момент сражения:
Тщетно вице-магистр Андреас фон Фельвен пытался остановить бегущих и организовать сопротивление. Все было напрасно. Один за другим падали на лед орденские боевые знамена. Крестоносцы вчистую проигрывали решающую схватку Запада с Востоком. Тем временем конная дружина князя Александра бросилась преследовать беглецов. Она гнала их по льду 7 верст до Суболического берега, нещадно избивая мечами. Часть бегущих не добежала до берега. Там, где был слабый лед, на «сиговице», открылись полыньи и многие рыцари и кнехты утонули. Победа русских над немцами на льду Чудского озера была полной. Это случилось в субботу 5 апреля 1242 года, в день памяти мученика Клавдия, на Похвалу Пресвятой Богородице. Всего был убит 531 рыцарь, 50 рыцарей взято в плен. В знак унижения с пленных рыцарей сняли сапоги и заставили их идти босыми по льду озера возле их коней.
Автор Жития утверждает, что очевидцы видели ангельский полк на воздухе, который пришел на помощь и побивал врагов.
Когда князь Александр с войском и пленными приблизился ко Пскову, его вышла встречать торжественная процессия из духовенства, игуменов и монахов с крестами, иконами и хоругвями, а также множество мирян, в том числе женщины и дети. Все славили князя Александра и благодарили Бога за помощь, оказанную ему: «Помог Ты, Господи, кроткому Давиду победить иноплеменников и верному князю нашему освободить город Псков рукою Александровою».