На рассвете 20 августа бой начался по инициативе германцев одновременным наступлением I и XVII корпусов. Едва стало светать, как артиллерия I герм, корпуса открыла огонь по расположению правофланговой 28-й пех. дивизии корпуса русских. Через час после начала артиллерийской подготовки 2-я герм. пех. дивизия [143] атаковала фронт, а 1-я герм. пех. дивизия — южный фланг 28-й пех. дивизии. Для содействия частям I герм. арм. корпуса была привлечена дивизия Бродрюка, которая должна была атаковать 29-ю пех. дивизию XX русского корпуса. Едва дивизия Бродрюка поднялась из своих окопов для атаки, как была взята под жестокий артиллерийский огонь русскими. Вместо атаки эта дивизия стала отходить, местами в беспорядке. Однако германцы продолжали громить 28-ю пех. дивизию частями своего I корпуса и 1-й кав. дивизии, совершившей набег в тыл 28-й русской дивизии, и после ожесточенного боя отбросили ее с большими потерями и в сильном расстройстве на восток. Но и сами германские войска были настолько истощены, что остановились в районе Бракупенен и не имели сил продолжать преследование русских.
Таким образом на фронте севернее Гумбинена германцам удалось опрокинуть 28-ю пех. дивизию русских, но преследовать или развить успех они не могли за неимением сил.
Действовавший южнее Гумбинена XVII арм. корпус генерала Макензена атаковал частями 35-й пех. дивизии 27-ю и 25-ю русские пех. дивизии, о присутствии которых его разведка никаких сведений не дала. Приняв отход сторожевых частей русских за отступление их главных сил, Макензен решил отрезать им пути отхода и бросил 36-ю пех. дивизию вместе с корпусным резервом для воображаемого охвата войск, действовавших против I арм. корпуса восточнее Гумбинена. 36-я пех. дивизия, энергично бросившаяся для выполнения поставленной ей задачи, встретила 40-ю пех. дивизию и левофланговые части 27-й пех. дивизии русских. При этом боевые порядки германцев были поставлены под фланговый и косоприцельный огонь Русского фронта.
В результате столкновения двух германских пехотных дивизий Макензена с тремя русскими дивизиями южнее Гумбинена германцы произвели несколько неудачных атак, понеся тяжелые потери (до 10 000 чел.), [144] и после полудня 20 августа завершили бой отступлением. 35-я герм. пех. дивизия в беспорядке покинула поле сражения, оставив на нём 12 орудий. Отступление 35-й пех. дивизии оказало неизбежное влияние и на 36-ю пех. дивизию, части которой последовали примеру своего соседа.
В общем итоге Гумбиненского сражения I армейский корпус добился успеха против 28-й пех. дивизии, а XVII герм, корпус потерпел поражение, тем более тяжелое, что 1, 35-я отчасти и 36-я пех. дивизии, а также дивизия Бродрюка утратили необходимую моральную устойчивость, сильно перемешались, управление выпало из рук начальников. Русские части выказали в этом первом бою превосходные боевые качества: упорно оборонялись, практикуя контратаки, отлично стреляли, храбро и стремительно вели штыковые атаки.
Германский план разгрома гумбиненской группы русских потерпел крушение. Сражение под Гумбиненом после полудня завершилось поражением одной русской и четырех германских пехотных дивизий. Вместе с тем рушился план обороны Восточной Пруссии. А между тем в это время командующий 8-й германской армией ген. Притвиц еще верил в успех сражения, переоценивая разгром 28-й пех. дивизии противника на северном фланге своей армии.
В довершение неудачи боевых действий под Гумбиненом I резервный германский корпус не добился успеха и в районе Гольдапа.
Армия Ренненкампфа осталась в общем ночевать на занятых местах, за исключением оттянувшегося на 2-3 км на восток XX корпуса и отд. кав. бригады, которая, обнаружив обход фланга армии, отскочила к Шиленену и потеряла на несколько дней связь с армией.
Стоявший в районе Ортельсбурга — Нейденбурга XX германский корпус, будучи атакован авангардами 2-й армии (ген. Самсонова), должен был поспешно отступить внутрь страны, чем открыл доступ к тылу 8-й армии со стороны Нарева. Вечером 20 августа Притвицу [145] казалось, что его армия, собранная в Неманском направлении, находится перед опасностью окружения, и он отдал приказ об отступлении к Нижней Висле.