Разбуженный лагерь союзников огласился криками и конским ржанием. Русские и шведы успели вооружиться. Оба войска выдвинулись вперед и заняли оборону, каждый впереди своего лагеря. Единственным прикрытием для пехоты служили длинные плетни, перегораживавшие крестьянское поле. Они мешали неприятельской кавалерии развернуться для атаки до тех пор, пока полякам не удалось проделать в них большие проходы.
На полях под Клушином, казалось, сошлись «двунадесять языцей». Слова команды, брань и проклятия звучали едва не на всех европейских языках — на русском, польском, шведском, немецком, литовском, татарском, английском, французском, финском, шотландском. Бой длился более четырех часов. Солнце поднялось над кромкой леса, и его лучи ярко осветили пригорок перед Клушином.
Эскадроны тяжеловооруженных польских гусар несколько раз атаковали русских. Уже был ранен передовой воевода Василий Бутурлин, дрогнул полк Андрея Голицына. Настало время ввести вдело главные силы, но Дмитрий Шуйский предпочел укрыться в своем лагере. Не получив помощи, ратники Голицына бросились бежать и рассыпались в ближнем лесу.
На правом фланге шведская пехота вела беглый огонь, отстреливаясь из-за плетня от наседавшей конницы противника. В разгар боя поляки подвезли две пушки и обстреляли пехоту. Наемники поспешно покинули ненадежное укрытие и отступили к своему лагерю. Часть солдат бежала к лесу. Боевые порядки союзников оказались расчлененными. Шведские командиры Делагарди и Горн покинули свою пехоту и с конным отрядом отступили в лагерь Шуйского.
Натиск польской кавалерии стал ослабевать, и союзники попытались перехватить инициативу. Отряд конных мушкетеров — англичан и французов — поскакал через клушинские поля навстречу врагу. Мушкетеры дали залп и повернули коней, чтобы пропустить вперед вторую шеренгу. Но поляки не дали им докончить перестроение и ударили на них с палашами. Мушкетеры смешались и бросились назад. На их плечах гусары ворвались в лагерь Шуйского. Пушкари и стрельцы не решились открыть огонь, опасаясь задеть своих. Промчавшись во весь опор через лагерь, гусары продолжали преследование, пока не устали их кони. На обратном пути лагерь встретил их выстрелами, и им пришлось пробираться окольной дорогой.
Князь Шуйский «устоял» в обозе. К нему присоединился Андрей Голицын с ратными людьми, которых удалось собрать в лесу. Более пяти тысяч стрельцов и ратных людей готовилось к последнему бою. При них находилось 18 полевых орудий. Дмитрий Шуйский сохранил достаточные силы для атаки, но он медлил и выжидал.
В сражении настала долгая пауза. Исход боя не определился окончательно. Польская конница понесла большие потери. и ей нужен был отдых. Гусары переломали свои копья и, спешившись, расположились за пригорком. Без пехоты гетман не мог атаковать русский лагерь, ощетинившийся жерлами орудий. Он подумал о том, что его коннице трудно будет добраться и до шведской пехоты, как вдруг ему доложили о появлении перебежчиков.
Наемные войска всегда отличались ненадежностью. Делагарди с трудом удерживал в повиновении свое разноязычное воинство. Накануне битвы солдаты едва не взбунтовались, требуя денег. Швед получил от царя огромную казну, но откладывал расчет, ожидая, что в бою его армия сильно поредеет. Жадность шведского главнокомандующего обернулась против него самого. В отсутствие Делагарди и Горна наемная армия подняла бунт. Оценив ситуацию, Жолкевский послал в шведский лагерь племянника для заключения договора. Первыми на сторону врага перешли французские наемники. Затем заколебался отряд немецких ландскнехтов, стоявший в резерве. Узнав о переговорах, Дмитрий Шуйский прислал к немцам Гаврилу Пушкина с обещанием неслыханного вознаграждения.
Спохватились наконец и шведские военачальники. Вернувшись в свой лагерь, они попытались прекратить мятеж. Но дело зашло слишком далеко. Пытаясь спасти шведскую армию от полного распада, Делагарди предал русских союзников. Посреди клушинского поля он съехался с Жолкевским, чтобы заключить с ним перемирие отдельно от русских. Тем временем половина его рот прошла мимо своего главнокомандующего и присоединилась к полякам. Делагарди бросился в свой обоз и стал раздавать шведам деньги, присланные ему накануне царем. Английские и французские наемники требовали своей доли и едва не перебили шведских командиров. Не получив денег, они разграбили повозки Делагарди, а затем бросились к русскому обозу и учинили там грабеж.