Марш через дефиле содержал немалый риск – даже небольшие силы испанцев могли остановить французов и разбить их в мелких стычках. Там не могла развернуться великолепная кавалерия герцога. Уже 18 мая хорватские аванпосты предприимчивого Мело, наткнувшись на аванград Гассиона, сообщили о приближении французской армии, идущей на помощь Рокруа. Но, вероятно, сам испанский командующий желал генерального сражения, считая, что поражение в большой битве станет более тяжелым ударом для Франции, чем падение небольшой приграничной крепости. И позволил французам приблизиться, послав гонца Беку с приказом немедленно идти на соединение, чтобы успеть к утру. Мело не знал, что Бек, получив приказ уже после наступления темноты, решил не будить своих солдат и покинуть лагерь только утром. Флегматичный немец, знающий, насколько увлекающимся может быть Мело, не поверил, что положение так серьезно. А испанец, ожидая противника, поднимал ставки в этой игре – вместо отражения сил герцога после незначительных стычек он теперь мог полностью уничтожить его армию, ибо дефиле в тылу французов должно было сильно мешать им во время отступления.
Одновременнно генералу-ветерану де Фонтену, родившемуся еще в 1575 г. бедным дворянином из Франш-Конте и получившему за долгую верную службу титул графа, Мело приказал строить армию для битвы. Небольшие силы под командованием Суареса остались в лагере, чтобы наблюдать за Рокруа. Обиженный расположением герцога Энгиенского к Гассиону, заносчивый маршал Ла Ферте решил, воспользовавшись моментом, атаковать Суареса и снять осаду самому. Однако после жаркой схватки части немецкой кавалерии де Вера отбросили его назад.
Вечером 18 мая, непосредственно перед наступлением темноты, герцог Эрнгиенский, обозревая поле битвы, начал приводить свою армию в боевой порядок. А переполняемый нервной энергией Мело провел ночь, обходя боевую линию испанцев, стараясь воодушевить своих солдат и офицеров.
Дон Франсиско возлагал большие надежды на 1000 пехотинцев, просочившихся в лес, рассчитывая, что засада компенсирует превосходство французской кавалерии. Но около 3 часов утра испанский дезертир сообщил герцогу Энгиенскому и Гассиону о поджидающей их в лесу засаде, добавив, что Бек с 5-6 тысячами еще не присоединился к главным силам. И Луи быстро отреагировал, решив разбить Мело до подхода подкреплений. Французы построились в боевой порядок, а отдельный отряд герцог отправил в лес ударить по засаде.
Равнина протяженностью 2 500 метров, на которой произошла битва, располагалась юго-западнее Рокруа. Большой лес находился от нее к юго-востоку, а к северу от равнины протекал ручей Сен-Анна с болотистой долиной, которая могла затруднить боевые действия конницы. Небольшая лощина – исток ручья Руж-Фонтен – пересекала все поле сражения в центре. Правым крылом французов командовал сам герцог (первый эшелон из 10 эскадронов возглавлял Гассион, второй из пяти – сам Луи), левым – Л’Опиталь (первым эшелоном из 8 эскадронов командовал Ла Ферте, вторым из пяти – Л’Опиталь), а центром, где выстроились один за другим два эшелона пехоты – д’Эспинан. Перед пехотой поставили 12 орудий.
Испанская армия была построена зеркально французской – с пехотой в три эшелона в центре и кавалерией в двух эшелонах по флангам.Правда, испанцы сузили свой фронт, уменьшив промежутки между терциями, в итоге масса пехоты выглядела гигантским квадратом. Правым флангом эльзасской кавалерии командовал граф Изенбург, а валлонскими всадниками левого крыла – герцог Альбукерке. Центр состоял из пяти испанских терций (боевых построений, представлявших собой пикинерскую фалангу с аркебузирами в первых двух рядах и пикинерами в задних четырех), одной бургундской и двух итальянских. Справа налево они располагались так: Висконти (итальянская терция), Веландия (испанская), 4 испанские терции, бургундцы и Строцци (итальянцы). Этот эшелон был построен типично для испанцев, каждая терция состояла из 20-25 шеренг по 70-80 человек. Меньшие по количеству батальоны второго и третьего эшелона построились по имперскому образцу в 10 шеренг по 50 человек в каждой. 18 пушек, располагавшихся перед пехотой, были большего калибра, чем у французов. Командующий первым эшелоном старый и больной Фонтен передвигался на носилках, но все равно занял место во главе своих терций. Его храбрость оставалась при нем, но центру не помешал бы более активный предводитель.
Французские пушки открыли огонь в 4 утра, испанцы немедленно ответили, хотя было еще слишком темно, чтобы ясно различать противника. В связи с отсутствием Бека Мело все-таки ощущал некоторую неуверенность и поэтому принял решение вести оборонительный бой до его подхода. А с первыми лучами рассвета 19 мая французская и испанская стороны сцепились друг с другом. В 5 часов утра кавалерийские фланги начали одновременную атаку противника. Сражение было крайне ожесточенным, и вначале французов постигла неудача. На левом крыле бравый Ла Ферте атаковал слишком быстро, не приведя в порядок своих всадников, расстроивших ряды на мягкой болотистой земле во время сближения с противником. При этом он мчался на высокой скорости, из-за чего кавалеристы смешались еще больше, и до Изенбурга добралась беспорядочная толпа. А Изенбург вел своих людей в атаку медленной рысью, сохраняя порядок в рядах. В итоге отличный порядок победил беспорядочный порыв – Ла Ферте был ранен и взят в плен, а эльзасская кавалерия погнала первый эшелон французов прямо на их резерв. Л’Опиталь попытался контратаковать, но тоже был дважды ранен, а его эскадроны бежали. Многие полки укрылись в лесу западнее болота. Чтобы развить успех, Изенбург разделил свое крыло – одни эскадроны стали преследовать французский обоз, а остальные были брошены против французской пехоты. В это время терция Висконти пришла на помощь терции Веландии, наступавшей вперед. Часть полков герцога Энгиенского были отброшены назад, французы также лишились нескольких пушек. Казалось, что к 6 утра Луи проиграл битву. Однако недостаток кавалерии не позволил де Мело развить наметившийся успех, а французский полководец не растерялся.
Очевидцы говорили, что герцог Энгиенский проявил настоящие чудеса распорядительности и отваги. Сумев восстановить боевой порядок королевской армии, он пустил в дело свою многочисленную конницу, разгромившую кавалерию противника. На правом крыле проходил полностью наоборот. Гассион двинулся через захваченный ранее лес (где засада испанцев была уже ликвидирована), чтобы слева обойти Альбукерке. Тот развернул фронт и отбросил Гассиона обратно, но при этом подставил герцогу Энгиенскому свой фланг. Луи наступал быстрой рысью, не ломая строй, а уничтожившие засаду мушкетеры из леса и Пикардийский полк поддерживали его атаку огнем. Терции Строцци и бургундцев постарались отвлечь на себя пикардийцев. После отчаянного сопротивления испанцы были сокрушены и обратились в бегство, а Луи и Гассион разделили победившее крыло на две группы. Гассион был отправлен в преследование, а герцог нанес удар по центру и правому крылу противника, которые были сметены первым же натиском.
На своем правом крыле Изенбург упорно теснил французскую пехоту. Создавалось впечатление, что она вот-вот будет обращена в бегство. Возможно, он допустил ошибку, атакуя противника во фронт, тогда как герцог Энгиенский добился быстрого успеха атакой с тыла. Фонтен, в свою очередь, упустил удачный момент бросить остальные четыре испанских терции на помощь Веландии. Французский резерв барона Сиро из 800 кавалеристов контратаковал Изенбурга и остановил его. Командующий вторым эшелоном пехоты Лавальер бросил вперед своих солдат. Французы вернули некоторые из потерянных орудий, несмотря на то, что уцелевшие валлоны из разбитого крыла Альбукерке прорвались и соединились с Изенбургом. Сейчас малейшее усилие могло склонить победу на ту или иную сторону. И Луи вихрем пронесся сквозь второй и третий эшелоны центра и, обойдя первый эшелон с севера, внезапно появился в тылу Изенбурга. Л’Опиталь с остатками кавалерийских частей левого фланга покинул лес, куда он отступил, и атаковал эльзассцев в правый фланг. Изенбург отчаянно сопротивлялся и не оставлял попыток найти выход из положения.
Мело, тем временем, пробился к Висконти, сказав ему: «Я хочу погибнуть здесь вместе с итальянскими синьорами!» Висконти ответил: «Все мы готовы умереть на службе у короля!». Но обе сражавшиеся терции были наголову разбиты превосходящими силами атаковавших их при непрерывном пушечном огне со всех сторон французов, а Веландия и Висконти погибли. Видя происходящее, Фонтен перестроил оставшиеся у него пять терций в каре. Лучшим выходом для него сейчас было бы выйти из боя и отступить, но он не решился, скорее всего, потому, что смутно представлял себе обстановку на флангах. И еще ветеран питал надежду, что Бек вот-вот появится и спасет ситуацию. Но, в любом случае, между 6.00 и 8.00 испанцы проиграли сражение.
Герцог Энгиенский тоже помнил о Беке, и поэтому перестроил свою армию для атаки каре испанской пехоты. Даже не дожидаясь полной готовности, он бросился вперед, произведя три атаки, которые были отражены свежими терциями, которые были поддержаны огнем всех 18 орудий. Во время одной из атак доблестный Фонтен был убит. Между тем, Мело потерял обоз, и когда в 9.30 утра французский командующий готовил четвертую атаку, его противник был уже окружен и подал сигнал о капитуляции. У испанцев почти закончились боеприпасы, да и оставалось их не более 8 000 человек в строю. Но когда герцог Энгиенский поскакал на переговоры, некоторые солдаты противника ошибочно приняли его эскорт за новую атаку и открыли огонь. Луи остался невредим, но его люди бросились в новую атаку, ворвались в ряды противника и устроили резню, которую еле удалось остановить. К 10 утра Испания лишилась элитных полков ветеранов.
С разгромом испанских терций погиб и миф об их непобедимости, хотя победа французов вовсе не выглядела однозначным триумфом. Всего испанцы потеряли 8 000-10 000 человек убитыми и пленными, из них 6 000 пехоты, являвшей собой цвет армии. Согласно другим, очень похожим данным, дон Франсиско де Мело потерял половину своей армии, что составляло 8 000 убитыми и 6 000 пленными, 200 знамен и 60 штандартов. Есть точка зрения, что в это число следует включить 3 826 испанцев, капитулировавших в конце битвы, а убитых среди них было около 1 000. В июле 1643 г. около 2 500 выживших при Рокруа солдат Мело добрались до Фуэнтеррабии.