Гэта дало магчымасць літоўскай-беларускай лёгкай кавалерыі на працягу доўгага часу адбіваць атакі маскоўскага войска на гэтым флангу. Чаляднін чакаў, калі ў бой супраць правай рукі ўцягнуцца ўсе харугвы літоўскай-беларускай лёгкай конніцы, каб выцяць ім у тыл і адным моцным вытам разбіць іх.
Урэшце Івану Чалядніну здалося, што ён перамагае. У нейкі момант бітвы ён убачыў, што літоўская-беларуская конніца спыніла свае контратакі і па загаду Канстанціна Астрожскага пачала адступаць, а потым зусім кінулася ўцякаць. Тады Чаляднін, перакананы ў сваёй перамозе, кінуў у бой усе свае сілы. Аднак, у пэўны момант, недалёка ад лесу і кустоў у тыле літоўскага-беларускага войска, раптам па камандзе гетмана (ён падняў булаву, а за ім палкоўнікі паднялі свае шастапёры) конніца падзялілася на дзве часткі, якія хутка скочылі направа і налева. Уся бязладная маса маскоўскай конніцы аказалася перад гарматамі і пяхотай, што былі ў кустах на ўскраіне лесу і ўжо даўно падрыхтаваліся да аднаго моцнага залпу. Пярэднія і заднія рады маскоўскай конніцы былі расстраляны пасля першага залпу і далейшых стрэлаў гармат і рушніц. Яны панеслі вялікія страты ў людзях і конях.
Гэтая вайсковая хітрасць, якую Канстанцін Астрожскі прымяніў яшчэ ў бітве з крымскімі татарамі 28 красавіка 1512 года каля Вішняўца на Валыні, і стала пераломным момантам Аршанскай бітвы. Пасля расстрэлу гарматамі лавіны маскоўскага войска ў яго шэрагах пачалася паніка, і яно кінулася наўцёк. Цяпер ужо ўцякалі рэшткі абодвух флангаў маскоўскага войска.
Спачатку І. Чаляднін спрабаваў угаварыць сваіх вершнікаў затрымацца. Аднак яго ўжо ніхто не слухаў.
Валынскі кароткі летапіс сведчыць, што Аршанская бітва працягвалася тры гадзіны.
Пасол германскага імператара да Васіля III барон Сігізмунд Герберштэйн, едучы ў Маскву, наведаў у Вільні ў 1517 годзе палонных І. А. Чалядніна і М. І. Булгакава-Голіцу і размаўляў з імі пра бітву пад Оршай. У сваіх запісках ён расказвае пра манеўр К. Астрожскага, што навёў непрыяцеля на гарматы, і пра разгром маскоўскага войска:
«Ліцвіны, наўмысна адступіўшы да таго месца, дзе ў іх былі схаваны гарматы, накіравалі іх супраць маскавітаў, якія насядалі, і паразілі іх заднія шэрагі, што выстраіліся ў рэзерве, але занадта скучаныя, унеслі замяшанне ў іх шэрагі і рассеялі. Такі нечаканы баявы прыём прывёў маскавітаў у жах, бо яны лічылі, што ў небяспецы знаходзіцца першы шэраг, які б'ецца з ворагам, прыйшоўшы ў замяшанне і лічачы, што першыя шэрагі ўжо разбіты, яны кінуліся наўцёкі. Ліцвіны, разгарнуўшы і накіраваўшы ўсе свае сілы, пераследавалі іх, гналі і забівалі. Убачыўшы гэтыя ўцёкі, адступілі і абодва флангі маскавітаў. Толькі ноч і лясы спынілі гэтае вынішчэнне».
М. Стрыйкоўскі таксама прыводзіць жахлівыя сцэны гэтых уцёкаў. У паніцы маскоўскія коннікі ўцякалі ў лясы, балоты, кідаліся ў Днепр і танулі, а пераможцы гналі іх і забівалі. Параненыя крычалі ім: «Не сечи голову!», а цяжка параненыя: «Добей!» Кроў забітых была не толькі на палях, але і сцякала ў раку Крапіўну, вада якой стала крывавай. А. Гваньіні вобразна адзначыў, што рака Крапіўна паміж Оршай і Дуброўнай з-за вялікай колькасці трупаў замарудзіла свой бег. Шмат маскоўцаў падчас уцёкаў патанула ў рацэ. М. Бельскі, улічваючы пагоню за ўцекачамі, распавядае, што бітва цягнулася аж да заходу сонца. Вершнікі К. Астрожскага працягвалі пераследаванне ажно да васьмі літоўскіх міляў (на 60 кіламетраў). Адны з літоўскіх-беларускіх вершнікаў вярнуліся назад апоўначы, іншыя нават назаўтра. 3 сабою яны вялі вялікую колькасць палонных.
I расейскія гісторыкі гавораць тое ж самае пра заканчэнне Аршанскай бітвы. Так, М. М. Карамзін ў «Истории государства Российского» адзначыў:
«Ліцвіны ніколі не атрымлівалі такой славутай перамогі над расіянамі: гналі, рэзалі, тапілі іх у Дняпры і Крапіўне; целамі ўсеялі палі паміж Оршай і Дуброўнай»…
Страты бакоў у Аршанскай бітве ў летапісах і хроніках прыводзяцца прыкладна аднолькавыя. М. М. Карамзін і С. М. Салаўёў прыводзяць лічбу забітых воінаў у маскоўскім войску: 30 тысяч чалавек. Храністы М. Стрыйкоўскі, М. Бельскі і летапісы ўдакладняюць лічбу забітых на полі бою, і тых, хто загінуў ва ўцёках, — 40 тысяч чалавек. Страты маскоўскага войска палоннымі перавышалі 5 тысяч чалавек. У палон трапілі галоўныя ваяводы І. А. Чаляднін і М. І. Булгакаў-Голіца, 8 вярхоўных ваяводаў (што камандавалі аддзеламі па некалькі тысяч чалавек кожны), 37 начальнікаў ніжэйшага рангу, 2 тысячы дзяцей баярскіх (феадальная катэгорыя, блізкая да дваранаў) і больш за 2 тысячы іншых воінаў. 20 тысяч трафейных коней і палова вайсковага абозу былі перададзены пераможцам. Сярод трафеяў былі ўсе маскоўскія сцягі і агнястрэльная зброя. Трыумф князя Канстанціна Астрожскага быў поўны.