— Неужели Помпей, — говорили они, — до такой степени состарился, что не осмеливается напасть и добить врага, силы которого почти вдвое меньше?
Помпей уступил и дал приказ готовиться к бою.
Цезарь после ночного отдыха хотел двигаться дальше в Фессалию, и его солдаты уже снимали палатки, как вдруг пришло сообщение, что передовые части врага строятся в боевой порядок. Тогда Юлий Цезарь приказал поднять над своей палаткой красный флаг, который у римлян был сигналом к битве. Помпей построил свои когорты в три линии. Сам он стоял на правом фланге напротив Антония, на левом фланге была сосредоточена ударная масса конницы. Помпей предполагал опрокинуть своей кавалерией немногочисленную конницу Цезаря и затем, прорвав фронт знаменитого десятого легиона (в рядах которого сражался сам Цезарь), разгромить противника. Цезарь, заметив, что левый фланг неприятеля прикрыт такой большой массой конницы, поставил шесть когорт на правом фланге, чтобы отразить атаку конников Помпея. С обеих сторон был дан сигнал к атаке. Всадники Помпея бросились на правый фланг Цезаря.
По сигналу Цезаря его конница, чтобы не быть смятой многочисленной кавалерией Помпея, отступила, а выстроенная сзади пехота внезапно двинулась вперед на врага, бросая свои дротики прямо в лицо вражеским всадникам. Вслед за этим конница Цезаря перешла в наступление и обратила в бегство неприятельскую кавалерию. Не обращая внимания на бегущих, солдаты Юлия Цезаря двинулись против вражеской пехоты, опрокинули левое крыло противника и стали угрожать его тылу. Армия Помпея не могла больше удерживать своих позиций. В таком положении римляне обычно отступали в лагерь — крепость, которую они всегда имели за спиной. Помпей, отчаявшись, бросил командование и медленно направился в лагерь. Оставшись без командира, когорты, предоставленные сами себе, нарушили порядок отступления, и началось паническое бегство всей армии.
На поле битвы осталось более 6000 солдат Помпея. Говорят, что армия Цезаря потеряла только 200 человек убитыми.
Помпей сидел в своей палатке, когда в лагерь вместе с беглецами ворвались их преследователи. Тогда он вскочил на коня и вместе с несколькими друзьями помчался по дороге в фессалийский город Ларису.
Отъехав немного от лагеря, Помпей пустил коня во весь опор, а затем, увидев, что никто его не преследует, поехал медленно. Миновав Ларису, Помпей прибыл в Темпейскую долину, расположенную у берега моря. Там он остановился на ночь в какой-то рыбачьей хижине. На рассвете Помпей перебрался на борт речного судна и, отправившись на нем по течению реки Пеней, вскоре прибыл в Амфиполь.
Оттуда он переправился на остров Лесбос в Митилену, чтобы взять с собой жену Корнелию и сына. Услышав весть о поражении мужа, Корнелия очень расстроилась. Помпей, как мог, утешал ее, вселив надежду на лучшее будущее.
Затем Помпей с женой и друзьями отправился в плавание вдоль берегов Малой Азии, где по дороге к нему присоединились несколько кораблей из Киликии, собрались воины и около 60 сенаторов. В пути он узнал, что флот его стоит еще в боевой готовности, а Катон с большим войском переправился в Африку. Тогда Помпей начал сетовать на друзей и упрекать себя за то, что принял сражение на суше, не имея поддержки с моря, так как там он имел бесспорное превосходство.
Между тем в отсутствие Помпея офицеры его флота, находившегося в Диррахии, узнав о поражении сухопутной армии, сожгли продовольственные склады и часть кораблей, чтобы они не достались врагу, и затем отплыли на остров Керкиру (на западе Греции). Здесь на военном совете они решили разделить флот на две эскадры: одна отплыла в Понт, а другая — в Африку, надеясь разыскать там Гнея Помпея.
Когда обстановка несколько прояснилась, Помпей понял, что еще не все потеряно. Он послал за помощью в азиатские города и сам приезжал туда, требуя денег и кораблей. Много споров возникло у Помпея с его друзьями относительно места, где можно было бы снова сформировать армию и возобновить военные действия. Одни предлагали избрать базой для подготовки войска Сирию, другие — Египет, третьи — Африку. Сам Помпей высказал мнение, что безопасным местом было бы Парфянское царство.