Назавтра, 21 вересня, у наступ пішли вже козаки. Великою силою вони атакували ліве крило, змусили його вернутися через Пилявку і впродовж дня тривожили поляків безперервними перестрілками. Козаки зазнали важкої втрати: в одному з поєдинків, які час від часу розпалювали відчайдухи перед лицем обидвох армій, загинув один з кращих полковників Ганжа. Український літописець каже, що Ганжа сам був винен у своїй смерті: «Він сів на коня, не помолившись».
Уночі в козацькому таборі сталося велике пожвавлення. Було чути мушкетні постріли, гучно дзвеніли сурми, бухали литаври, а над тим усім лунав добре знаний полякам крик: «Алла! Алла!». До Заславського припровадили полоненого попа, а може, і перевдягненого козака. Він сповістив, що тільки-но прибуло 40 тисяч татар, і це тільки передній загін ханського війська. А насправді замість 40 тисяч татар прибуло тільки 4 чи 5 тисяч із Тимошем, старшим сином Хмельницького; однак ніхто не засумнівався у правдивості слів попа, коли назавтра побачили, як на рівнині розгорнулася лінія татарської кінноти. Говорять, що Хмельницький вдягнув частину своїх козаків у татарський одяг, щоб таким чином обдурити шляхтичів.
Упевненість змінилася неспокоєм, коли в польському таборі побачили грізних на той час вершників. Жовніри вхопили зброю і кинулися у бій — запально, метушливо. Регіментари пересварилися між собою. Кожен щось наказував, але ніхто не слухав. Туман, що накотився з Пилявки, довершив загальне замішання. Проте якщо воєначальники виявили повну безпорадність, жовніри, відчувши небезпеку, пройнялись відвагою і сміливо пішли в наступ. Сандомирський полк прорвав центр оборони козаків і просунувся далеко вперед по рівнині. За ним, побачивши прорив в обороні, без наказу поспішили інші полки. Незабаром їх зупинив добірний запорізький полк під орудою самого Хмельницького, який вигукнув українською мовою: «За віру, хлопці-молодці!» Водночас кіннота, що стрімко увірвалася на рівнину, була оточена ззаду і на флангах. Сандомирський та Волинський полки були порубані до пня. Загинуло багато родовитих вельмож, і польське військо безладно відступило до свого табору. Всіх охопила тривога. Назавтра очікували ще й ханське військо. До того ж, поки точилася битва на пилявецькій рівнині, грізний Кривоніс із значним військом перетнув ріку і помчав на Костянтинів, загрожуючи відтяти шлях для відступу залишкам польського війська.
Зібравшись на військову раду, три регіментари звинуватили один одного в помилках, допущених того дня, а далі зійшлися на тому, що треба якнайскоріше зняти з себе відповідальність за поразку, яку вважали неминучою. Вирішили просити Вишневецького очолити військо і, відправивши гінця, покинули табір, не залишивши жодного командира, не давши жодного наказу, — так, немовби вже все тут сповнили, лишень попередили кількох своїх найближчих друзів, турбуючись про їхню безпеку. Військо дізналося про втечу свого командування серед ночі. Відразу ж зусібіч пролунали крики: «Рятуйтеся, хто може!». Кожен хапав те, що мав найціннішого, і кидався чимдуж із табору. Полишали намети, гармати, поранених. Усі втікали в безладді, ніхто не знав куди саме. То вже не було військо, а лишень натовп, що кинувся у безвість. Як тільки стало на світ, послані в розвідку козаки сповістили, що польський табір залишений і там є тільки поранені та пси. Хмельницький відразу ж кинув у погоню свої загони. Якби не та багата здобич, яка щокроку зупиняла переможців, жоден польський вояк не уникнув би смерті. Шлях був устелений скринями, меблями, зброєю, усілякими трофеями. Кажуть, що в таборі та на шляхах козаки підібрали 100 тисяч возів. Було покинено 80 гармат, 10 мільйонів червінців, величезну кількість столового срібла, хутра і коштовностей. Утікачів врятували горілка та вино. Аби досхочу напитися, козаки незабаром припинили переслідування.
Важко припустити, що князь Вишневецький не знав, що під Пилявцями вже три дні триває бій. Безперечно, у наметі його стримували гордість і образа. Приймаючи гінця від Заславського з пропозицією взяти на себе командування, він пихато відповів: «Надто пізно!». А через кілька годин, дізнавшись про поразку, скрушно вигукнув: «Мій Боже, чи то така твоя воля, що караєш вітчизну рукою такого нікчемного ворога? Хай твоя помста спаде на винуватців того лиха і насамперед на мене, якщо я чимось завинив!». Бути переможеним селянами гордовитому лицареві здавалося ганебнішим, аніж померти від руки шляхтича. Пройнявшись нарешті почуттям обов’язку, він пробує зібрати втікачів і з рештою жовнірів прикрити відступ. Однак його намагання виявилися марними. Двадцять разів ризикуючи бути вбитим чи взятим у полон, він сам опинився у тому нестримному потоці чи, радше, очолив його безладний рух. Переможене військо вже за три дні дісталося до Львова, так підганяв його страх. Тут Вишневецький зупинив утікачів і взявся гуртувати сили. Він наклав на місто контрибуцію, щоб задовольнити нагальні потреби жовнірів, залишив у ньому значний гарнізон під орудою відважного і рішучого офіцера. Далі поспішив на Замостя, де покинув усе, що міг лише зібрати з війська, і, добре укріпивши цю важливу місцину, подався до Варшави.