Когда все войска прибыли к Коллинским высотам и разбили лагерь недалеко от храма Венеры Эрисинской (в каких-то 500 метрах севернее от ворот на Саларскую дорогу), Сулла посоветовался со своим штабом: некоторые из его членов были склонны подождать, пока отдохнут люди, и потом развязать сражение. Таким образом, Гней Корнелий Долабелла и Луций Манилий Торкват высказались за то, чтобы изменить схватку: нужно бороться не против Карбона и Мария, а против особенно опытных командиров, стоящих во главе самнитов и луканцев, наиболее воинственных врагов Рима. Но Сулла знал, что ожиданием ничего не достигнешь, разве что охладишь пыл солдат, знавших только победу: хотя день уже был в разгаре (между тремя и четырьмя часами пополудни 1 ноября, солнце уже начало клониться к закату), он подал трубами сигнал к атаке. Это было яростное сражение. С той и другой стороны знали, что решается судьба войны. Телезин обходил армию, разогревая ее пыл, крича, что на этот раз пришел последний день римлян, что нужно разрушить и стереть с лица земли Город. Он вспомнил одну из идей Союзнической войны: волки никогда не отдадут свободу Италии, если только не вырубить лес, их обычное убежище. Идея и монета, отчеканенная восставшими 89 года, сделали ее известной: в ней видели боевого быка, уничтожающего римскую волчицу. Со своей стороны, Сулла призывал солдат, упрашивая одних, угрожая другим, преследуя беглецов. Его правое крыло, ведомое Крассом, довольно скоро вынудило сдаться противника, правда, состоявшего, в основном, из остатков консульской армии. Зато левое крыло едва сдерживало удар. Сулла быстро устремился туда. Он вскочил на белую лошадь, которая очень ему шла. И так как находился на расстоянии полета дротика, два узнавших его самнита приготовились проткнуть его; тогда всадник стегнул лошадь, та встала на дыбы и помогла ему увернуться от двух пик. Поняв, что его чуть не убили, Сулла вынул из-под панциря золотую статуэтку Аполлона, взятую им в Дельфах, с которой он никогда не расставался и к кому взывал перед каждым сражением. Он поцеловал ее и обратился к ней с просьбой, текст ее записал Плутарх, позаимствовав из «Мемуаров»: «Аполлон Пифийский, ты, кто в стольких сражениях доводил до апогея славу и величие Луция Корнелия Суллы Счастливого, неужели бросишь его здесь у ворот Рима, куда ты привел на постыдную погибель вместе со своими согражданами?» И снова боги были с Суллой, который благодарил их и публично воздавал им должное.
Однако левое крыло начало уступать под давлением и многие солдаты бросились бежать в сторону Рима, отталкивая и давя по пути любопытных граждан, наблюдавших за сражением. Но беглецы нашли ворота закрытыми: гарнизон ветеранов, оставленный Суллой для блокады города, опасаясь, как бы враг не проник туда в случае преследования, забаррикадировал входы. На этот раз солдаты бились с отчаянной энергией, не отступая, и решение было принято: части правого крыла, ведшие преследование до Антемна на слиянии Анио и Тибра, вернулись в Рим и напали с тыла на неприятеля. Сражение закончилось в полной темноте.
На следующий день, рано утром, Сулла отправился в Антемн; по дороге ему сдались 3 000 человек, чью капитуляцию он принял с одним условием: они сами проведут операции очистки лагеря и подавления последних самнитских войск, что привело к новым убийствам, так как солдаты Телезина яростно защищали свой лагерь. В общем, это сражение было очень кровавым, потому что самые скромные подсчеты указывали 50 000 убитых для обеих армий, вместе взятых (другие источники дают цифру 70 000 убитых). Правда, особые условия, в которых проходили сражения, еще больше, чем обычно, затрудняют установление количества жертв: много солдат из обеих армий сбежало. (Впрочем, мало что знали о катастрофе, пока не достигли Пренесте первые бежавшие от левого крыла Суллы и не сообщили о поражении их партии и смерти лидера. Лукреций Офелла отнесся недоверчиво к тому, что могло оказаться лишь провокационным маневром, чтобы заставить его снять осадную группировку, и решил ждать более точной информации). Это рассредоточение вызвало преследования на довольно обширной территории и привело к цифре примерно 9 000 убитых. Нужно добавить 12 000 пленных, которых Сулла приказал собрать на Вилле Публике, этом большом закрытом участке на Марсовом поле, где цензоры проводили операции переписи. Что касается командующего, его нашли на следующий день полуживого; Сулла приказал отрубить ему голову и выставить ее на пике на земляном валу Пренесте в качестве предупреждения Марию (который, более того, рядом с собой имел брата Телезина). Другие полководцы, Лампоний, Цензорин и Карринас в их числе, сбежали.