Около полудня Миних, заметив, что действиями отряда Густава Бирона неприятель вполне введен в заблуждение относительно истинных его намерений, приказал всей армии повернуться направо и двинуться к месту слияния р. Шуланец и ручья, впадавшего в последнюю у д. Долина. В то же время отряд Густава Бирона переправился обратно за Шуланец и занял в общем построении свои места. Это движение Густава Бирона было принято Вели-пашой за отступление всей русской армии, и им было даже послано в Хотин известие о победе.
Вскоре, однако, туркам открылся истинный смысл движения, предпринятого русскими, и они стали переводить войска на свой левый фланг, где немедленно приступили к возведению трех батарей и окопов.
С целью сдерживать татар и конницу Генж-Али-паши, часть которой появилась уже и на левом берегу р. Шуланец с намерением оказать сопротивление русской армии с фронта, вблизи переправы были расположены, под начальством артиллерии подполковника князя Дадиана, две бригады полевой артиллерии, под прикрытием огня которой и производилась переправа.
Медленно со всеми обозами и тяжелой артиллерией армия в трех каре двигалась, «взяв дирекцию направо». Впереди шел Карл Бирон с правым крылом, прикрываясь огнем артиллерии князя Дадиана. Карл Бирон подошел к реке и, забросав болотистые места фашинами, навел через нее 27 мостов, по которым и перевел беспрепятственно свои полки. Взобравшись на высоты левого берега реки, Карл Бирон во втором часу дня расположился на них в двух верстах от лагеря противника таким образом, чтобы прикрыть переправу от покушений неприятеля, находившегося у него перед фронтом и особенно на правом фланге.
Турки несколько раз пытались атаковать Карла Бирона. Особенно наседала с правого фланга конница. Наиболее энергичное из таких нападений было произведено около трех часов дня. Однако все эти атаки кончились для неприятеля неудачно. В то же время турки торопились занять высоты левого фланга и стягивали туда все свои силы, возводили там из готовых туров батареи, которые, однако, вскоре были сбиты нашей артиллерией. Расположение и действия Карла Бирона вполне обеспечивали переход остальных войск через р. Шуланец.
Перейдя р. Шуланец и построившись в одно общее каре, внутри которого был весь обоз, армия медленно, с постоянными остановками, продвигалась вперед.
В пятом часу дня, когда она проходила мимо д. Ставучаны, турки произвели решительную атаку: с правого фланга стремительно атаковала конница. С фронта — янычары, в числе 12–13 тысяч, направившиеся против центра, где находилась гвардия и большая часть пехоты. Армия остановилась, закинула рогатки и открыла сильный артиллерийский и пехотный огонь.
Противник не выдержал такого огня. Конница отхлынула, вновь перейдя за Ставучанский ручей; янычары, потеряв около 1 тысяч убитыми и ранеными, обратились в беспорядочное бегство.
Опасаясь за свой обоз, Миних вынужден был отказаться от преследования отступавших янычар.
Упорное, настойчивое и неуклонное движение русской армии к намеченной цели, совершающееся притом, несмотря на все попытки врага расстроить его, спокойно и стройно, настолько поражает противника своей мощью, представляется ему чем-то неотразимым и, в конце концов, производить на него такое впечатление ужаса, что неприятельские войска, занимавшие позицию, зажгли свой лагерь и стали быстро уходить по направлению к Хотину. Конница же и татары все еще держались вокруг русской армии, стесняя ее движение. Только в семь часов вечера армия достигла турецкой позиции и заняла неприятельский лагерь.
В это время Генж-Али-паша решился сделать последнюю попытку вырвать победу из рук Миниха. Собрав свою конницу, он приготовился атаковать правый фланг русских войск, но действием двух артиллерийских бригад был обращен в бегство еще до выполнения своего намерения.
Разгром противника был полный. Вся 70-тысячная армия противника рассеяна. Большая часть турок Вели-паши и Генж-Али-паши бежала к Бендерам, увлекши за собой почти весь Хотинский гарнизон. Небольшая часть их бросилась к Пруту и далее за Дунай, татары поспешно уходили к себе в Буджак.
Победителям достались многочисленные трофеи и значительная добыча. Потери русских войск в Ставучанском сражении были относительно ничтожны: убитых — 13, среди которых один полковник Донского войска, и 54 раненых, между которыми шесть офицеров.
Потери турок были гораздо значительнее, ими было оставлено на поле сражения не менее 1000 трупов.