Для начала полководец парфян Сурена попытался оказать на римлян психологическое давление. Раздался грохот огромных барабанов, рёв боевых труб, звон медных колоколов, и одновременно тяжёлая конница парфян сбросила плащи, прикрывавшие их боевые доспехи, которые ярко вспыхнули, отражая солнечный свет.
Стремясь максимально использовать достигнутый эффект, Сурена начал сражение атакой катафрактариев. Всадники в железных доспехах должны были расстроить римское каре, а конные лучники довершить разгром потерявшего строй противника. 1 тыс. тяжеловооружённых всадников ударили на римские легионы, но глубокое построение римлян позволило отразить лобовую конную атаку.
Катафрактарии отошли, и конные стрелки стали охватывать со всех сторон римский четырёхугольник. Высланная вперёд римская лёгкая пехота попыталась их оттеснить, но парфяне, немного отступив, осыпали её стрелами и загнали опять в каре. Вслед за этим град стрел ударил по сомкнутым рядам легионов. Римляне с ужасом обнаружили, что парфянские стрелы пробивают их доспехи.
Какое-то время была надежда, что запас стрел иссякнет и тогда можно будет навязать парфянам рукопашный бой. Но затем римляне заметили, что расстрелявшие запас стрел лучники отходят в тыл, но сразу же возвращаются с новым комплектом. Позади парфянских рядов заметили верблюдов, гружённых вьюками со всё теми же стрелами.
Судя по дальнейшим событиям, Красс решил контратаковать резервом, чтобы под его прикрытием отойти на более выгодную позицию. Сын Красса Публий с 1 тыс. галльских всадников, 300 лёгких пехотинцев, 500 пеших лучников и 8 когортами тяжёлой пехоты бросился на парфянских лучников. Те стали отступать. Публий преследовал их и потерял из виду основные силы римской армии. Внезапно парфяне, поддержанные крупными силами, среди которых были и катафрактарии, повернули и атаковали Публия Красса со всех сторон. Обстреливаемый со всех направлений, Публий повёл своих галлов в атаку на катафрактариев. Хотя галльские копья не могли пробить защитное вооружение тяжёлой парфянской конницы, галлы ударили дружно. Они вырывали у парфян их длинные пики, сбрасывали всадников на землю, бросались под брюхо прикрытым бронёю лошадям и били в незащищённое место. В атаке Публий был ранен. Галлы отошли с ним на небольшой холм. Но парфяне не дали им оторваться, окружали и атаковали. Публий был убит (по другой версии, покончил с собой), 500 галлов захвачено в плен. Мёртвому Публию отрубили голову и повезли как трофей Сурене.
Тем временем Красс, заметив, что натиск парфян на основные силы ослаб, стал отводить войско на склон возвышенности в прежнем боевом порядке. Несколько посланцев от Публия сумели пробиться к нему и донесли о тяжёлом положении, в котором оказался его сын. Красс не послал Публию поддержки, но попытался перейти в общее наступление. Лучники и катафрактарии вновь остановили его. Сурена приказал провезти перед рядами войск голову Публия, насаженную на острие копья.
С темнотой сражение стихло. Сурена предложил Крассу сдаться, обещал ему жизнь и дал ночь, чтобы оплакать смерть сына. Ночью Красс потерял самоконтроль, а с ним и управление войсками. Военный совет решил оставить раненых и отступить под прикрытием темноты. Конница, узнав о решении, ушла немедленно, чтобы избегнуть хаоса при ночном отступлении. Проходя мимо города Карры, она предупредила часовых на стенах о катастрофе и ушла дальше к границе.
Парфяне заметили ночной отход римских войск, но не мешали ему. Они заняли римский лагерь, который вечером успел возвести Красс, и перерезали оставленных там раненых. Красс и остатки армии достигли города Карры и укрылись там. Четыре когорты под командованием Варгонта отстали от своих, были окружены и разбиты. 20 уцелевших солдат в награду за храбрость были отпущены Суреной в Карры.
Вскоре Сурена обнаружил, что Красс с остатками армии скрывается в Каррах. Римляне вновь решили уйти под покровом ночи. Их проводник, бывший на жалованьи у парфян, завёл римскую колонну в болото. Растерявшимся римлянам Сурена от имени своего царя предложил перемирие. Римское войско стало давить на Красса, чтобы он принял это предложение. Красс направился на переговоры, но был во время их убит. Ему отрубили голову и правую руку. Часть римских войск сдалась, некоторой части удалось скрыться, многие из бежавших были выловлены и перебиты местными кочевниками. Римляне потеряли до 20 тыс. убитыми и до 10 тыс. пленными. О потерях парфян в источниках не упоминается.
Голова Красса была направлена во дворец армянского царя, где как раз гостил царь Парфии. Оба монарха наслаждались пьесой Еврипида «Вакханки», когда гонцы объявили о победе и вынесли на сцену голову римского полководца…