В конце концов, арабский предводитель решил начать сражение и построил свое войско в боевой, расчлененный порядок. Резерв арабов, предназначенный для развития успеха, находился под личным командованием Абдеррахмана ибн Абдиллаха и назывался «Знамя пророка».
Сражение при Пуатье началось с обстрела франкской фаланги арабскими конными лучниками, которым противник отвечал стрельбой из арбалетов и больших луков. После этого арабская конница атаковала позицию франков. Франкская пехота успешно отражала атаку за атакой: неприятельская легкая конница так и не смогла пробить брешь в плотном строю пеших воинов Карла.
Испанский хронист, современник битвы при Пуатье, писал, что франки «тесно стояли друг с другом, насколько хватало глаз, подобно неподвижной и обледенелой стене, и ожесточенно бились, поражая арабов мечами».
После того как пехота франков отразила все атаки арабской конницы, которая линия за линией в некотором расстройстве откатывалась на исходные позиции, Карл решил провести свою атаку. Выбрав удобный момент, он приказал стоявшей пока в бездействии коннице пойти в контратаку в направлении вражеского походного лагеря. Он находился за правым флангом боевого построения арабского войска.
Конные франки под предводительством графа Эда Аквитанского нанесли с флангов два таранных удара, опрокинув противостоявшую им легкую конницу, устремились к арабскому походному лагерю и овладели им. Арабы, деморализованные известием о гибели своего вождя, не смогли сдержать натиск противника и бежали с поля битвы. Франки преследовали их и нанесли беглецам немалый урон. На этом сражение близ Пуатье завершилось.
Оно имело очень важные последствия. Победа майордома Карла положила конец дальнейшему продвижению арабов в Европе. После поражения при Пуатье арабская армия, прикрывшись отрядами легкой конницы, покинула французскую территорию и без дальнейших боевых потерь ушла через горы в Испанию. Но перед тем как арабы окончательно покинули юг современной Франции, Карл нанес им еще одно поражение. Сражение состоялось на реке Берр, к югу от города Нарбонны.
Победа над арабами прославила полководца франков. С тех пор он стал называться Карлом Мартеллом. Сражение при Пуатье известно еще и тем, что оно было одним из первых, когда на поле битвы вышла многочисленная тяжелая конница. Именно она своим ударом обеспечила франкам полную победу над арабами.