Александр же, определив диспозицию, хорошо выспался до позднего утра 1 октября 331 г. Выведя армию на поле боя, он увидел, что кавалеристы оказались против колесниц, так что он отклонил ее вправо, а перед колесницами поставил пехоту. В результате этого маневра кавалеристы оказались на самом краю выровненного участка. Дарий понял, что должен остановить продвижение противника вправо, иначе от колесниц не будет пользы, и двинул против края правого фланга Александра сакских катафрактов и следом бактрийскую конницу. Завязался тяжелый бой, в течение которого Александр умело вводил одну за одной свежие части. Но только некоторое время спустя персов остановили кавалеристы гвардии, а затем оттеснили копьеносцы.
Тем временем началась атака персидских колесниц. И закончилась полным провалом. Град копий внес в их ряды сумятицу, кони испуганно заметались, многие возничие погибли; когда же те, что остались, достигли фаланги, гипасписты разомкнули ряды и пропустили колесницы сквозь строй – дело завершил второй эшелон пехоты.
Увидев, что Александр ввел в бой на правом фланге свой последний маневренный резерв, Дарий подумал, что дела у Бесса обстояли лучше, чем было на самом деле. В результате он решил, что пришло время начать два решающих охватывающих маневра. Весь строй персидской кавалерии перешел в наступление. Этот момент оказался переломным для всей битвы. Вместо того чтобы всеми силами левого фланга атаковать кавалерийскую гвардию, персы двинулись на самый край правого фланга греческой армии. Этот просчет, возможно, произошел из-за неправильно понятого приказа или, как предполагает Фуллер, склонности конницы действовать привычным путем – как это случилось с некоторыми французами при Ватерлоо. Возможно, кони не выдержали обстрела снарядами в центре. Как бы то ни было, в рядах персов появилась брешь.
Арриан описывает, как Александр моментально ухватился за благоприятную возможность:
«Когда в результате того, что конница ринулась помогать обходившим (греческий) правый фланг, в передних рядах персидской армии образовался прорыв, Александр повернул в брешь и, сформирвав клин из гвардейской кавалерии и стоявшей там части фаланги, под громкие боевые кличи повел их в стремительную атаку, направляясь прямо к Дарию. Последовал короткий рукопашный бой, но, когда македонская конница под командованием самого Александра продолжала решительно пробиваться сквозь ряды персов, поражая их в голову своими копьями, и когда македонская фаланга плотным строем, ощетинившись длинными пиками, тоже двинулась в атаку, все это, вместе взятое, показалось Дарию настолько ужасным, что он первым бросился бежать».
Однако сражение еще не было выиграно, потому что продвижение четырех батальонов фаланги следом за кавалеристами создало брешь в греческом строю и в нее ринулась персидская конная гвардия, разрезав фалангу надвое. Большинство конников проскакали дальше и принялись грабить обозы в тылу, упустив возможность помочь Мазеусу разгромить греческий левый фланг. Однако части под командованием Пармениона на греческом левом фланге были окружены. Парменион обратился за помощью к Александру. Призыв достиг последнего, когда тот развивал победное наступление на левом фланге персов. Показательно его необыкновенное владение обстановкой – он немедленно повернул свою кавалерию и повел ее на другую сторону поля боя. Здесь он натолкнулся на возвращавшихся вместе с парфянскими и индийскими конниками персидских гвардейцев и завязалась самая ожесточенная за все сражение схватка конницы. Но до персидского войска стала доходить весть о бегстве Дария, и бойцы упали духом. Оттесненные назад на левом фланге фессалийцы снова перешли в атаку, на этот раз успешно. Правый фланг персов распался, хотя левый под командованием Бесса отступил, сохранив порядки.
Александр отдал приказ о немедленном общем преследовании, он твердо решил не дать противнику реорганизовать армию. Его воины преследовали персов на протяжении 35 миль, до самой Арбелы, останавливаясь только на короткий отдых в полночь.
Гавгамелы были одной из величайших битв в мире не только как класический пример военного таланта Александра, но и по своим историческим последствиям. Победа под Гавгамелами открыла путь в глубь Персидской империи и превратила Александра во властелина Азии со всеми вытекающими отсюда последствиями.