Отряд разведчиков-казаков приметил переправу немцев — и Фермор узнал о надвигающейся опасности. Фридрих обходным манёвром навязал Фермеру новую позицию: с незанятыми высотами и рекой Митсель в тылу. Русская армия образовала огромное каре — четырехугольник, в центре которого, в Цорндорфе, располагались обозы и артиллерия. Утром заголосила артиллерия. Затем под барабанную дробь и гимны Господу пруссаки начали атаку. Авангард генерала Майнтефеля атаковал правый фланг русских. Фермор приказал поджечь деревушку. Основные силы пруссаков под командованием генерала Каница должны были поддержать авангард, но между войсками Каница и Майнтефеля образовался значительный зазор, чем и решил воспользоваться Фермор, ударив по прусскому авангарду. Кирасиры вместе с гренадерами, пошедшими в штыковую, смяли войска Майнтефеля. Только кавалерия Зейдлица сумела сломить наступление русских.
На левом фланге русской армии стояли войска обсервационного корпуса генерала Броуна. На них обрушились основные силы Фридриха после полудня. Русские держались стойко. Сам генерал получил несколько рубленых ран. Выдержав первую волну прусского наступления, русская пехота пошла в штыковую. Шла битва на изнеможение — и тут у Фермора появлялись шансы. И снова решающий удар нанесла кавалерия Зейдлица… Войска потеряли управляемость, сражение шло беспорядочно, словно во хмелю. Тактическая инициатива пруссаков разбилась о стойкость русской армии. К ночи битва утихла, и оба командующих считали себя победителями. У обоих были трофеи. И обе армии не смогли продолжить сражение на следующий день. Никто не занял поле боя, не отступил. Только через два дня на виду у Фридриха армия Фермора отступила организованно и неспешно. Пруссаки захватили около 90 пушек, русские — 26. В плен попали 2800 русских (среди них — генерал Захар Чернышёв) и 1500 немцев. Русские потери убитыми и ранеными почти в два раза превышали прусские. То есть наголову разбить Фермора Фридриху не удалось, но он с большим основанием мог говорить о победе.
Не забылся и такой позорный факт: Фермор (а с ним и принц Карл Саксонский, и князь Голицын) бежал с поля боя в тыл, в деревушку Куцдорф.
О том сражении слагали легенды! «Одного смертельно раненного русского нашли в поле лежащим на умирающем пруссаке, которого тот грыз зубами; пруссак не в состоянии был двинуться и должен был переносить это мучение, пока не подоспели его товарищи, заколовшие каннибала», — пишет фон Архенгольц. Известно и высказывание Фридриха после Цорндорфа: «Этих русских можно перебить всех до одного, но не победить. Они держатся крепко, тогда как мои негодяи с левого крыла меня покинули, бежав, как старые бабы». Насколько достоверна эта реплика — бог весть.
Зато прусский ротмистр фон Кате был участником наступления генерала Ф. Зейдлица, и уж онто точно запомнил, как «русские лежали рядами, целовали свои пушки — в то время как их самих рубили саблями — и не покидали их». Стойкость русских в критической ситуации казалась невероятной. Никаких попыток отступить, сдаться… Армия мужественно переносила ошибки командования и держалась до последнего вздоха.
Фридрих без снисхождения отнесётся к русским пленным, напоминая им о бесчинствах, творимых в оккупированном Бранденбурге… Правда, по договорённости об обмене пленными Чернышёв и другие вскоре вернутся под знамёна Елизаветы.
Увы, решающая ошибка Фермора была связана с Румянцевым. 12-тысячный корпус мог бы перевернуть ход сражения — как это случилось под Гросс-Егерсдорфом. Румянцев стоял у Шведта, всего в нескольких десятках километров от сражения, и слышал канонаду. Д.М. Масловский писал: «…Теперь, когда все карты раскрыты, очевидно, что Румянцев… свободно мог ударить во фланг, а при искусных разведках и в тыл пруссакам в самое критическое время, т. е. в исходе первого дня Цорндорфского боя или на другой день: полное поражение Фридриха в этом случае не подлежит сомнению».
Но Фермор упустил время, не призвал Румянцева на помощь. Надо думать, главнокомандующий не верил, что 12-тысячное войско способно с марша без промедлений кинуться в бой, не растеряв боеспособности. Не верил в готовность Румянцева к современной войне, к которой сам был не готов.
О слабости командования свидетельствует и такой эксцесс: «часть солдат бросилась на маркитантские бочки с вином и начала их опустошать; напившись, в беспамятстве били собственных офицеров, бродили, ничего не понимая, и не слушались никаких приказаний» (С.М. Соловьёв).