Когда начался бой, Гасдрубал с «кирасирами» опрокинул римских всадников и выслал отряд на помощь нумидийцам, которые вели бой с римскими всадниками левого крыла. Главная же масса конницы Гасдрубала набросилась на тыл римской фаланги и сумела потеснить ее.
На фронте римляне решительно атаковали галлов и испанцев, нанесли им большие потери и заставили карфагенский центр попятиться. Но присутствие здесь Ганнибала удержало галлов от разрыва фронта и бегства. В решительную минуту, под влиянием удара с тыла, римская фаланга остановилась.
Остановка для фаланги означала ее гибель. С флангов ударили африканцы, на римлян посыпались дротики и стрелы. Только крайние шеренги окруженной толпы римских легионеров могли действовать оружием – задние были способны при атаке увеличить натиск, но при остановке фаланги представляли только мишени для летящих камней, дротиков и стрел. Почуяв победу, карфагенские наемники стали теснить повсюду римлян, которым все труднее было действовать оружием. Положение последних становилось безысходным.
После долгого побоища было убито 48 000 римлян, среди которых оказались 25 высших командиров и консул Эмилий Павел. 6000 римлян оказались в плену. Пробились немногие: из остатков 16 легионов римлянам позже удалось сформировать только 2 легиона. Сам Варрон затерялся где-то среди беглецов.
Это весьма приближенные цифры, поскольку о потерях в битве при Каннах существуют весьма разноречивые данные. Тит Ливии утверждает, что погибло 48 200 римлян и их союзников, а 19 500 (!) были взяты в плен. Полибий считает, что погибло около 70 000 (!) римлян, а спастись сумели лишь 3 тысячи. Евтропий утверждает, что в римском войске погибло 60 000 пехотинцев, 3, 5 тысячи кавалеристов и 350 сенаторов и других знатных людей. Орозий говорит о 44 тысячах убитых, а Флор – о 60 тысячах. Плутарх называет цифру в 50 000 погибших. По его сведениям, 4 тысячи римлян попали в плен в ходе сражения, а еще 10 000 были взяты позднее в обоих лагерях. Потери же карфагенян, по данным Ливия, составили 8 тысяч убитых, а по данным Полибия – 5700. У римлян погибли консул Эмилий Павел, 21 военный трибун и 80 сенаторов.
Однако цифры, относящиеся к римским потерям, и описание хода сражения римскими историками не заслуживают доверия. Да и вопрос об источниках, откуда римские историки почерпнули сведения о битве при Каннах, равно как и о многих других битвах, остается открытым. Ясно, что уцелевшие после сражения легионеры и даже центурионы и трибуны не в состоянии были бы дать более или менее полную картину сражения. Относительной полнотой информации мог владеть только уцелевший консул Теренций Варрон или кто-то из близких к нему старших офицеров. Однако, если судить по сообщениям тех же Плутарха, Тита Ливия и Аппиана, римские военачальники уже в середине битвы утратили управление войсками и не знали точно, что происходит. Очевидно, истинную картину Канн мог бы дать Ганнибал или кто-то из его ближайших соратников, но они, насколько известно, мемуаров не оставили, а если и оставили, то в исторической традиции они не отразились.