Всего через одиннадцать дней после поражения при Грансоне Карл Бургундский снова пересек Юру и разбил свой лагерь на плато перед Лозанной. Пока его лейтенанты обшаривали сельскую местность в поисках беглецов, герцог был занят сбором продовольствия, артиллерии и войск, необходимых ему для продолжения войны. Когда армия собралась, он разразился горькой тирадой перед своими людьми, "обвиняя их в том, что они предатели и бежали, чтобы нанести ему позорное поражение и отдать его на милость короля Франции, а то и убить".
Находясь в очень дурном настроении его войска начали строить грубые деревянные хижины, в которых им предстояло жить. Вскоре в лагере собралась разношерстная армия численностью около 15.000 человек, почти такая же, как и та, что была у герцога раньше. Охваченный гневом и измученный усталостью, Карл так серьезно заболел, что в конце апреля его пришлось перевезти в Лозанну в более комфортабельные условия. Из-за задержки жалованья и плохой кормежки, его люди начали воевать между собой. В начале мая между английскими и итальянскими наемниками вспыхнула кровавая ссора, которую удалось прекратить только благодаря вмешательству выздоровевшего герцога.
Однако Карл Бургундский теперь думал только о том, как отомстить швейцарцам, поэтому 27 мая он сжег свой лагерь у Лозанны и двинулся через кантон Во к небольшому укрепленному городу Муртен, который, находясь на восточном берегу одноименного озера, контролировал дорогу в Берн. 9 июня герцог прибыл к Муртену, который защищал швейцарский гарнизон численностью 1.580 человек. Город, крепостные стены и замок которого сохранились до сих пор, стоял на небольшом холме, между озером и изрезанными склонами, которые поднимаются к лесистым вершинам, господствующими над долиной река Сарин, через которую перекинуты мосты, ведущие из Берна в Муртен. Разбив лагерь на высотах к югу и юго-востоку от города, герцог Бургундский установил артиллерию и осадные машины и начал бомбардировку города. 18 июня, когда в городской стене была проломлена брешь, герцог бросил войска на штурм, который был отбит. Тем временем со стороны Берна приближалась армия численностью около 18.000 пехоты и 2.000 кавалерии.
Как только герцогу сообщили о приближении врага, он вывел основную часть своей армии из осадного лагеря и занял укрепленную позицию на плато над лагерем. Во второй половине дня в пятницу 21 июня, потратив несколько дней на подготовку местности к сражению, он получил сообщение, что противник перешел на другую сторону леса. Поскольку швейцарцев было немного и они практически не двигались, Карл решил, что они лишь пытаются заставить его отказаться от осады. Поэтому, убедившись, что они не собираются вступать с ним в полевое сражение, он оставил караул сторожить свои позиции и приказал своим войскам вернуться в лагерь. На рассвете следующего дня начался дождь. По настоянию своих капитанов герцог согласился снова вывести большую часть своих людей на плато. С утра они провели долгие часы под дождем в ожидании швейцарцев. Но враг не появлялся, и Карл, все больше убеждаясь, что он не нападет, отправил свои войска обратно в лагерь, чтобы они могли укрыться и перекусить. Для охраны плато он оставил только 1.800 всадников, 1.000 пехотинцев (включая английских лучников) и свою артиллерию.
Около полудня дождь прекратился. Почти в тот же миг раздался грозный рев вражеских боевых труб, и вскоре из леса вышли две грозные фаланги пикинеров и мощный отряд кавалерии. Рене II, молодой герцог Лотарингский, который присоединился к швейцарской армии всего несколько часов назад, выступал во главе 300 всадников (король Людовик снабдил его деньгами и достаточным эскортом, чтобы он мог добраться до места сражения в полной безопасности). Пока меньшая из двух фаланг слева от бургундцев спускалась для атаки осаждающих, другая численностью около 10.000 человек, из чьих рядов поднимались "многочисленные знамена", наступала прямо на позиции герцога Карла. Защищенные укреплением, английские лучники и бургундские артиллеристы открыли такой сильный огонь, что швейцарцы на какое-то время остановились. Но вскоре отряд вражеской пехоты, пройдя по оврагу, атаковал бургундцев с фланга под многократные крики "Грансон!".
Только после нескольких сообщений от своих капитанов герцог Бургундский наконец захотел поверить, что враг его все-таки атакует. Карл приказал своим войскам подняться на плато, а затем вооружился сам с помощью своего врача и Жан-Пьера Панигаролы. Однако, чтобы показать, что торопиться некуда, он отказался ехать верхом и к тому времени, когда он добрался пешком до плато, беспорядочная масса его пехоты уже пыталась бежать. В то время когда швейцарцы наседали на его войска со всех сторон, Карл выкрикивал непонятные приказы. "Никогда прежде, — замечает Панигарола, — я не видел герцога растерянным и не знающим, что делать". Немногочисленные отряды латников, пытавшиеся оказать сопротивление, были быстро подавлены грозными пиками противника. Вынужденные оставить свои позиции, кавалерия и пехота устремились вниз по склону, пока войска из лагеря пытались подняться плато. Вскоре потоки бегущих людей устремились к озеру. "Все это, — писал миланский посол, — произошло за меньшее время, чем требуется для произнесения Miserere".