После нескольких дней напряженного обсуждения сложившейся ситуации со своими министрами Людовик XIV заявил о том, что его внук принимает наследство и становится испанским королем Филиппом V, сохраняя права и на французскую корону. Ведущие державы Европы начали готовиться к войне. Уже в 1701 г. имперская армия под командованием одного из лучших полководцев того времени принца Евгения Савойского вторглась без объявления войны в Северную Италию. 7 сентября 1701 г. император, Англия и Голландия подписали договор о союзе, а 15 мая 1702 г. официально объявили войну Франции и Испании. На стороне бурбонских монархий сначала выступили Савойя и Португалия, но затем обе покинули коалицию и некоторое время спустя перешли на сторону противника.
Первое время боевые действия развивались с переменным успехом. В Италии франко-испанская армия под командованием герцога Вандомского успешно противостояла Евгению Савойскому и одержала над имперскими войсками ряд побед. Зато в Испанских Нидерландах французы вынуждены были отступать под натиском коалиционной армии герцога Мальборо, а у берегов Испании англо-голландский флот нанес поражение испанской эскадре при Виго (23 октября 1702 г.). В 1704 г. англичане захватили Гибралтар. На западном направлении маршал Виллар успешно вторгся в пределы Империи и 20 сентября 1703 г. разбил неприятеля при Хехштедте, но затем был отозван во Францию для подавления восстания камизаров, после чего в августе 1704 г. Мальборо и Евгений Савойский при том же Хехштедте нанесли французской армии сокрушительное поражение.
Год 1706-й оказался для Франции роковым. 23 мая в Испанских Нидерландах Мальборо при Рамийи наголову разгромил французскую армию. Чтобы удержать фронт на северо-востоке, Людовик XIV направил туда герцога Вандомского. Но после отъезда того из Италии Евгений Савойский 7 сентября нанес жестокое поражение французской армии у Турина. В Испании эрцгерцог Карл вошел в Мадрид, где его провозгласили испанским королем Карлом III. Правда, вскоре он был изгнан оттуда Филиппом V, а в следующем году разбит французскими войсками под командованием маршала Бервика, побочного сына Якова II Стюарта.
В 1707 г. австрийские войска заняли принадлежавший Испании Неаполь, а Евгений Савойский даже пытался взять Тулон. В 1708 г. французов вновь преследовали неудачи. 11 июля Мальборо и Евгений Савойский в Нидерландах при Ауденарде нанесли поражение герцогу Вандомскому. Мальборо хотел идти маршем на Париж, но Евгений Савойский настоял на осаде Лилля, которая пролилась до декабря.
Зимой 1709 г. ударили страшные морозы. Только в Париже за один лишь январь от холода умерло более 24 тыс. человек. В большинстве областей вымерзли озимые, погибло много скота и домашней птицы. Резко выросли цены на продовольствие, начался голод. Военные неудачи и природные катаклизмы вынудили Людовика XIV весной 1709 г. предложить противнику огромные уступки в обмен на мир. Франция соглашалась вернуться к условиям Мюнстерского договора 1648 г. и отказаться от Испанского наследства, сохранив лишь Неаполь в качестве компенсации для Филиппа V. Однако союзники, опьяненные победами, потребовали от французского короля невыполнимого — послать свою армию, чтобы помочь им силой сместить его внука с испанского престола. На такое унижение Людовик XIV пойти не мог.
12 июня «король-солнце» совершил беспрецедентный шаг, напрямую обратившись к своему народу. По всей стране было разослано и зачитано в церквях письмо короля, где он откровенно объяснял подданным, почему оказались сорваны мирные переговоры. Обращение Людовика XIV произвело сильное впечатление на французов, высоко подняв боевой дух нации. 11 сентября у Мальплаке (Фландрия) 70-тысячная французская армия Виллара встретилась со 110-тысячной союзной армией Мальборо и Евгения Савойского. Несмотря на численное превосходство неприятеля, французы оказали ожесточенное сопротивление. Лишь к вечеру, после того как был ранен Вилар, они отступили, чтобы занять позицию для нового сражения. Однако потери армии союзников были столь велики, что она не смогла продолжать наступление.
В 1710 г. стратегическая ситуация начинает понемногу меняться в пользу Франции. В Англии к власти пришло правительство тори, настроенных в пользу скорейшего заключения мира. Лидер вигов герцог Мальборо был отстранен от командования.
В Испании герцог Вандомский в течение одной декабрьской недели 1710 г. одержал две сокрушительные победы над армиями коалиции, что окончательно упрочило положение Филиппа V. В октябре 1711 г. Англия и Франция подписали прелиминарии мирного договора, а в начале 1712 г. открылся мирный конгресс в Утрехте. Военные действия, однако, продолжались, и 24 июля маршал Виллар под Дененом захватил врасплох и разгромил часть армии Евгения Савойского. Успех французского оружия облегчил работу французских дипломатов. 11 апреля 1713 г. Франция заключила Утрехтский мир со всеми своими противниками, кроме Империи. По этому договору Людовик XIV уступил ряд крепостей во Фландрии и Ньюфаундленд в Америке. Зато Филипп V сохранил испанскую корону, хотя и был вынужден отказаться от прав на французскую.