Австрийцы синхронно атаковали Маренго и все пространство между деревней и Бормидой, а также ферму Стортильяна, но сделали они это медленно и вяло. «При этом, — как утверждает участник сражения, будущий маршал Мармон, — один-единственный сильный удар мог решить вопрос и обеспечить удачный исход сражения». Генерал Виктор долго сопротивлялся и в течение нескольких часов отбивал все атаки. Затем вступил в действие Ланн, когда австрийцы попытались обойти его правый фланг. Кастель-Чериоло была с боем взята. Ланн был вынужден ввести в дело резервы: ему удалось вновь захватить деревню, но затем он вновь уступил ее.
Речушка Фонтаноне перед фронтом армии Наполеона представляла собой большое препятствие для разворачивания австрийских войск, которые ничего заранее не подготовили для того, чтобы облегчить проход, и долго находились зажатыми в это узкое пространство, из которого они никак не могли выбраться. В конце концов им это удалось. Они захватили ферму Стортильяна, обошли левый фланг французов, и находившаяся здесь часть французской армии была приведена в большой беспорядок.
Французские войска, имея реальную угрозу с обоих флангов, начали оставлять Маренго и отступать, правда, медленно и в полном порядке. Было взято направление на Сан-Джулиано, причем движение осуществлялось параллельно большой дороге. Кровопролитное сражение сократило численность практически всех батальонов на четверть, и почти все французские орудия были повреждены: их осталось только пять, способных отстреливаться при отступлении.
Наполеон послал адъютантов за Дезэ и Лапуапом. Его послание к Дезэ было похоже на мольбу:
«Ради бога, приходи скорее, если можешь!»
К счастью, войска Дезэ, задержанные разлившейся рекой, не успели отойти слишком далеко, и адъютант Наполеона настиг их примерно в час дня. До Лапуапа же удалось добраться лишь к вечеру, и тот просто физически уже не мог принять участия в сражении.
В это время Наполеон ввел в бой резервы. Это ненадолго укрепило корпус Ланна и центр французской позиции. Однако, убедившись, что все возможности французов уже исчерпаны, австрийцы усилили натиск. Тогда в бой были брошены гренадеры консульской гвардии, то есть последнее, что оставалось у Наполеона. Гренадеры как «гранитный редут» встали под атаки австрийской пехоты и конницы, но решить участь сражения уже не могли.
В 15 часов, после отчаянного сопротивления, французские войска стали отступать под прикрытием корпуса Ланна и консульской гвардии. Это героическое отступление запомнилось австрийцам. За три часа Ланн, отступая, прошел 4 километра. Неоднократно он останавливался и под картечным огнем бросал своих солдат в штыки. При этом 24 австрийских орудия палили по нему практически в упор. Ядра пробивали в плотных каре целые коридоры, куда стремительно бросались австрийские кавалеристы и гренадеры, но французские гвардейцы еще теснее сжимали свои ряды и отражали атаки.