Обе армии в полном составе вступили в бой, и в этот момент отряд Магона вышел из засады. От неожиданности римляне пришли в замешательство. Их фланги и так находились под серьезным давлением слонов и всадников Ганнибала, и после атаки Магона с тыла римская армия дрогнула. Уже было позднее утро, и легкий снегопад предрассветных часов превратился в холодный проливной дождь. 10 000 римлян удалось прорваться через галлов в центре карфагенской армии, после чего они сбежали на северо-восток к Плацентии несмотря на то, что до нее было более 30 км.
Столь массовое дезертирство еще больше ослабило и без того нестройные ряды римлян, которые начали беспорядочно отступать к реке. Теперь у Ганнибала было не только тактическое и психологическое, но и численное преимущество над Семпронием. Во время отступления многие римляне были убиты африканскими всадниками или растоптаны слонами. К полудню дождь настолько усилился, что Ганнибал приказал своим войскам остановить погоню у реки и вернуться в лагерь. Его солдаты были истощены, но ликовали. При Треббии они одержали свою первую победу над римским консульским войском, причем сам бой превратился в резню. Ганнибал блестяще использовал тактические, погодные, ландшафтные и психологические преимущества, чтобы победить Семпрония. Потери карфагенян были минимальны, потому что основной удар приняли на себя галлы — сценарий, который полководец будет использовать из раза в раз на протяжении всей Второй Пунической войны.
Битва при Треббии — отличный пример тактики, которую Ганнибал будет с успехом применять против римлян на протяжении следующих десяти лет, пока она не обернется против него же самого в Северной Африке. Его главной целью было окружить противника. Ганнибал бросал менее надежных и ценимых бойцов — галлов и иберов — в гущу боя, чтобы они приняли на себя первый удар римской пехоты и понесли основные потери. Когда их силы начинали иссякать, он посылал опытных и вышколенных наемников и использовал конницу на флангах, чтобы повернуть ход сражения в свою пользу. Такой была тактика, раз за разом приносившая ему победы над римлянами.
В битве при Треббии Ганнибал захватил большое количество пленных. Их сразу разделили на три группы — римлян, итальянцев и галлов. С римлянами обращались жестоко, заковывая в наручники и сажая на голодный паек. Италийцев и галлов кормили и отпускали по домам без какого-либо выкупа. Это имело огромный психологический эффект. Римляне были раздавлены, видя, как их торжествующих и преисполненных благодарности союзников кормят и освобождают. Ганнибал попросил их передать от него послание: он пришел в Италию, чтобы вести войну с римлянами, а не с италийцами и галлами. Его цель — освободить Апеннины от римского владычества, и он рад всем, кто предпочтет присоединиться к нему. Все это было частью его плана по расколу римской конфедерации.