Сардинская армия, активно прикрывая фланговый марш главных сил французов, переправилась через Сесию и потеснила 30 мая у Палестро австрийскую бригаду. Но австрийский главнокомандующий продолжал быть убежденным, что и Гарибальди, и атаки сардинцев представляют только демонстрацию. Даже неудача 31 мая четырех австрийских бригад, стремившихся произвести «рекогносцировку» у Палестро и натолкнувшихся, кроме всей сардинской армии, и на французов, не раскрыла Гиулаю глаза. Только 1 июня, когда все силы франко-сардинской армии собрались у Новара и Палестро, Гиулай понял, что совершается обход его правого фланга. Ввиду полуторного превосходства противника Гиулай признал попытку атаки сосредоточившихся сил обходящего неприятеля уже запоздалой и приказал армии отойти за пограничную р. Тичино; оттяжка решительного столкновения на несколько дней являлась выгодной для австрийцев и потому, что в Милан начал прибывать I корпус, и потому, что уже сосредоточился на р. По, между Павцей и Пьяченцой, IX корпус, что усиливало австрийскую армию на 35 %. I корпус получил приказание занять на железной дороге переправу через р. Тичино.
2-го и 3 июня Наполеон III ожидал атаки австрийцев и поэтому очень нерешительно продвигал войска к переправам через р. Тичино на направлении к Турбиго и Мадженте.
К утру 4 июня австрийцы занимали следующее положение: I корпус, имея на Тичино только одну дивизию, оставил предмостное укрепление у С.-Мартино и отошел за канал Навиглио-Гранде. Другая его дивизия только собиралась в Милане. Через мост у Вигевано отошли за Тичино три корпуса; II корпус достиг Мадженты, III корпус расположился в Абиатеграссо, VII — несколько вос-точнее дромежутка между II и III корпусами. Через мост у Берегардо отошли V и VIII корпуса и протянулись от этой переправы до района Фалавечиа. IX корпус, находившийся на р. По у Пьяченцы и Вакарица, против Страдельской теснины, был задержан слухами о революционных выступлениях и демонстрациями войск, оставленных Наполеоном III на своих сообщениях. Резервная кавалерия армии (17 эскадр.) находилась к востоку от Мадженты, у Корбето. Дивизия Урбана, оставив позади себя Гарибальди, направлялась к Галарате. Войска, совершившие накануне тяжелые переходы в длинных походных колоннах, должны были к 8 часам утра быть готовыми к продолжению движения в северном направлении. Гиулай имел ввиду ликвидировать перешедшую через Тичино у Турбиго группу французов.
Союзники располагались так: II корпус и одна гвардейская дивизия под общей командой Мак-Магона — у Турбиго; другая гвардейская дивизия у С.-Мартино обеспечивала постройку переправ через Тичино. Так как у Мадженты Наполеон III рассчитывал встретить только слабые силы австрийцев, то 4 июня намечалось собрать гвардию у Бофалоры, а II корпус продвинуть к Мадженте. III и IV корпуса ночевали у Новары и должны были продвинуться: III — к С.-Мартино, IV — к Трескате. I корпус, правофланговый, должен был оставаться у Оленго. Сардинские войска собрались, а частью еще подтягивались к Галиате; они образовывали общий резерв и у Турбиго должны были сменить войска Мак-Магона. Таким образом, Наполеон III имел в виду 4 июня собрать свою армию фронтом на юг, по обе стороны р. Тичино. На сообщениях с Генуей были оставлены 1 французская дивизия (из корпуса принца Наполеона) и 1 сардинская дивизия, которые демонстрациями отвлекали от себя внимание IX австрийского корпуса.
Затруднительность кавалерийской разведки оставляла обе стороны в неведении о противнике; обе стороны не рассчитывали раньше 5 июня вступить в серьезный бой с неприятелем; Наполеон III оставался еще в нерешительности, на каком берегу Тичино ему предстоит встретить главные силы неприятеля.
Из создавшегося положения вытекло сражение 4 июня при Мадженте, в котором мы можем рассмотреть некоторые характерные черты встречного сражения. Хотя колонны корпусов были еще не глубоки, но им приходилось следовать одним за другим; особенно глубоко были эшелонированы австрийские корпуса вдоль р. Тичино. Но и III и IV французским корпусам приходилось следовать по одной дороге, притом забитой обозом гвардии и понтонных батальонов. Развертывание обеих сторон происходило крайне медленно, и до глубокого вечера ни одна из них не смогла ввести в бой и половины своих сил. Отсутствие всякого обзора в районе боев крайне затрудняло централизацию управления и открывало широкий простор инициативе частных начальников.
Существенную тактическую роль в этом сражении играл канал Навиглио-Грандо. К западу от Мадженты он представлял выемку, глубиной 10–13 метров, с очень крутыми берегами, местами представлявшими отвесную каменную стенку; глубина воды в канале достигала почти 2 метров, при ширине русла свыше 8 метров; течение было быстрое. Это было почти непроходимое в условиях полевого боя препятствие. Через него имелось 4 моста: у Бофалоры, новый Маджентский мост на шоссе, железнодорожный мост и старый Маджентский мост. Командир I австрийского корпуса, готовясь к наступлению на Турбиго, уже накануне сражения отдал приказ уничтожить все мосты для обеспечения своего фланга. Слабые мосты — у Бофалоры и старый Маджентский — были действительно уничтожены. Что же касается до прочных шоссейного и железнодорожного, то для их взрыва был затребован порох, но приготовления к взрыву не были закончены. Пехота I корпуса расположилась поэтому перед самыми мостами, на высотах, обрывающихся в долину Тичино.
В 8 часов утра гвардейская дивизия Мелинэ, переправившись у С.-Мартино через Тичино, начала движение к Навиглио-Гранде. Несколько пушечных выстрелов австрийцев убедили Наполеона III, что фронтальная атака через канал будет затруднительна, что противник, по-видимому, сильнее, чем предполагалось; Наполеон III приостановил движение Мелинэ, выжидая появления Мак-Магона; последнему в Турбиго был послан приказ ускорить наступление.
Мак-Магон выступил в 9 часов утра; часть его сил задерживалась у Турбиго в ожидании сардинцев, которые должны были его поддержать и прикрыть его сообщения у Турбиго со стороны Урбана; а сардинцы, задержанные различными недоразумениями, появились с большим запозданием. Около 12 часов дня головная дивизия Мак-Магона обнаружила против себя сторожевое охранение австрийцев и начала развертываться у Казате; две французские батареи открыли оживленный огонь. Авангардный полк алжирских стрелков, преследуя австрийские заставы, вопреки приказу Мак-Магона, бросился на Бофалору, но был отражен. Мак-Магон приостановил наступление своих войск вплоть до окончания систематического развертывания; его трех дивизий и подхода одной сардинской дивизии, что затянулось до 16 час. дня.
Наполеон III, заслышав после полудня пушечные выстрелы Мак-Магона за Бофалорой, приказал гвардейской дивизии Мелине возобновить наступление. Хотя все внимание графа Клам-Галасса, комкора I, объединявшего командование и II корпусом, было обращено не на Мак-Магона, которого ему было поручено атаковать, а на оборону Навиглио-Гранде, все же дивизии Мелине, атаковавшей на широком фронте от Бофалоры до старого Маджентского моста всюду удалось сбить венгров I корпуса, овладеть западным берегом Навиглио-Гранде и перебежать на плечах австрийцев через шоссейный и железнодорожный мосты, занять и приспособить к обороне ближайшие дома; французы начали распространяться и дальше, но в 14 час. 30 мин. дивизия Рейшаха (VII корпуса) стремительным ударом отбросила их к мостам и за канал. Другая дивизия VII корпуса и резервная кавалерия, к востоку от Мадженты, оставались в бездействии в течение всего сражения.
Гиулай не имел оснований рассчитывать на вступление в этот день в бой V и VIII корпусов, которым предстояло еще совершить предварительно переход; тем не менее он не попытался около полудня отвести I, II, VII корпуса из района Мадженты, где им приходилось выдерживать бой хотя и на сильной позиции, но на два фронта. Он обратил внимание на то, что французы, атакующие Навиглио-Гранде, подставляют ему свой правый фланг, и приказал III корпусу, от Робекко, ударить во фланг французам вдоль канала, главным образом, по западному его берегу. III австрийский корпус успешно вступил в бой около 15 час., однако успел развернуть достаточные силы только к 16 часам. Между тем, к С.-Мартино начали подходить части III и IV корпуса. Одна дивизия последнего вклинилась между авангардом III корпуса и его главными силами; голова их поспела как раз вовремя, чтобы у старого Маджентского моста встретить фланговый удар австрийцев. Австрийцам удалось было приблизиться к железной дороге, но затем они были оттеснены за старый Маджентский мост. Бой продолжался до ночи с переменным успехом. С 17 ч. 30 мин. начал подходить V австрийский корпус; головные его части успению вступили в бой.
К 16 часам Мак-Магон изготовился к переходу в наступление. Комкор австрийского II, видя угрожаемое положение австрийской бригады, занимавшей в остром углу фронта Бофалору, начал отводить ее назад. Наступление Мак-Магона встретило слабый и неустроенный фронт австрийцев; к 18 часам они были оттеснены к Мадженте; Мак-Магон медленно наступал на селение с севера и запада, установив, после разрыва связи в течение всего дня, связь с французскими частями, вновь теперь перешедшими через канал. Гиулай хотел отложить решительный бой на завтра и, прибыв в с. Маджента, приказал австрийцам отойти к югу от него. Но прежде чем это приказание могло быть исполнено, Маджента была атакована. 2 часа продолжался упорный бой за обширное селение Маджента, где перемешались две дивизии II австрийского корпуса, по одной I и VII, одна бригада III корпуса. К 20 часам французы утвердились в селении, и бой затих. Свежие австрийские резервы, имевшиеся вне селения, вследствие решения Гиулая, в бой не вступили.
Из общей массы в 160 тыс. солдат, которой к этому времени располагала на театре военных действий каждая из сторон, успело принять в бою участие, примерно, по 60 тыс. Французы потеряли 4100 убитых и раненых, австрийцы — 5700; но потери австрийцев пленными — главным образом засевшими в домах Мадженты — превышали потери союзников в 7 раз — 4500 и 655. Огромные свежие резервы оставались в наличии у обеих сторон. Гиулай предполагал на другой день возобновить сражение, но войска II и I корпусов временно потеряли всякую боеспособность. I корпус имел слабый состав, всего по 90 человек в ротах, к тому же состоял на одну треть из новобранцев, не успел осмотреться в Италии, прямо из поездов попал в ожесточенный бой и потерпел сильнейшее духовное потрясение. Часть венгров I корпуса и хорватов II корпуса бросила в Мадженте ружья и, отбившись от своих частей, ушла в Милан. Комкор I Клам-Галасс доносил: «Наступление будет совершенно невыполнимо, оно приведет к полному разрушению армии. Войска находятся в состоянии такого распада, что нельзя собрать ни роты, не говоря уже о батальоне. Потребуется для этого несколько дней. Единственное средство спасти армию — отступить возможно скорее».