Отряд князя Шаховского развернулся в десятом часу утра, имея в боевой части Курский и Рыльский полки; артиллерия в составе четырех с половиной батарей открыла огонь с Радишевских высот и к половине третьего дня ей удалось заставить замолчать огонь турецких орудий почти повсеместно, несмотря на прикрытие их окопами; действие по пехотным траншеям было также вполне результативным, а в недостроенном укреплении № 14 (Ибрагим-табия) орудия были подбиты и пехота расстреляна. Турецкий историк пишет: «Отряд, шедший на Радишево, открыл оттуда и с Ловчинской дороги (артиллерия Скобелева) такой страшный огонь из орудий, что мы не взвидели света Божьего и молили Господа о помощи». Так продолжалось до половины третьего дня.
Наиболее энергично действовал Скобелев, который приказал батальону следовать на Плевно-Ловчинское шоссе, сам с двумя сотнями и четырьмя орудиями в 8 часов утра уже занял 3-й кряж Зеленых гор и очутился в 300 саженях от предместья Плевны; в 9 часов он открыл огонь и, вызвав наступление турок, отвлек их от отряда князя Шаховского, которому послал донесение, что может поддержать атаку. Отойдя на 1-й кряж Зеленых гор, Скобелев удерживался здесь до 12 часов дня.
Генерал Лошкарев с своими четырьмя эскадронами, шестью сотнями и шестью конными орудиями перешел к с. Челисовату и здесь бездействовал с 7 часов 30 минут до 18 часов.
В 14 часов 30 минут князь Шаховской, признав достаточным действие своей артиллерии и заметив появление пехоты правой колонны к северо-востоку от Гривицы, решил сам атаковать. Барон Криденер, получив в 14 часов 40 минут донесение Шаховского о том, что «надо идти для атаки следующих высот», приказал атаковать и правой колонне. Таким образом около 15 часов начался решительный период сражения.
Наступление отряда Шаховского. Бригада генерала Горшкова ровно в 15 часов по сигналу «все» и «наступление», как на учении, начала стремительное наступление. Курский полк (два батальона) во главе с командиром, полковником Ракузом, овладел передовой позицией турок на южном берегу Сулуклия-дола (чему много способствовало наступление Скобелева по Зеленым горам) и даже ворвался в укрепление № 11.
Рыльский полк взял укрепление № 14 и также атаковал укрепления № 11 и 10. Ввиду страшных потерь и отсутствия поддержки боевой пыл бойцов к 16 часам начал угасать. Осман-паша не только направил для отражения этой бешеной атаки весь свой общий резерв, стоявший поблизости, но приказал прислать еще несколько таборов из частного резерва Северного фронта. Вообще можно считать, что отряду князя Шаховского пришлось иметь дело с двумя третями всех сил Османа.
С 16 часов турки предприняли ряд энергичных контратак, блестяще отбитых бригадой Горшкова, изнемогавшей в неравной борьбе. Шаховской, уже просивший подкрепления из общего резерва, остерегался расходовать свой резерв — 1-ю бригаду 32-й пехотной дивизии — и, только получив уведомление о направлении к нему Коломенского полка, двинул от Радишева Шуйский полк; когда полтора батальона последнего подошли к Рыдльскому полку, то общим дружным натиском турки были отброшены и взято укрепление № 10, причем пал командир Шуйского полка полковник Каульбарс. Дальнейшее наступление было остановлено турецкой контратакой, но прибывший Ярославский полк дал возможность удержать захваченное укрепление.
Правый фланг был поддержан в 17 часов еще Коломенским полком с батареей, самостоятельно, без приказа Шаховского, влившегося в бой; таким образом в отряде уже не оставалось никакого резерва. Последняя атака на батарею № 11 последовала в седьмом часу. Уже в 18 часов 15 минут князь Шаховской донес барону Криденеру: «Все патроны истощены; раненых более четверти всего состава; уже начинается беспорядок; может легко случиться, что будет еще хуже; прошу поддержать».
Наступление отряда генерала Вельяминова. Полки Пензенский, Козловский и Тамбовский к 16 часам достигли значительного успеха, отбросив турок из всех передовых ложементов, но понесли страшные потери (пензенцы — до 1000 человек) и, подойдя к Гривицким редутам № 7 и 8, залегли от его рвов в 300–150 шагах. С 16 часов 30 минут до 19 часов в действиях участвовали большая часть батарей, бывших до сего времени в резерве, и три полка 5-й дивизии.
Для ближайшей поддержки атаки пехоты на Гривицкие редуты артиллерия переменила позиции и стала на захваченной у турок косе, охватывавшей редуты с востока и северо-востока. Сосредоточенные здесь 64 орудия на фронте в 1 версту и на дистанции 600–700 сажен не могли оказать решающего воздействия на бой. Вначале мешало солнце, затем сумерки и полная темнота; кроме того, пехота, заполнив рвы редутов и ближайшие к ним траншеи, препятствовала стрельбе по брустверам укреплений.
Около 6 часов Архангелогородский и Вологодский полки собрались в овраге перед редутом № 7, командующим окружающей местностью; подступы к нему обстреливались из ложементов и батареи с хребта Янык-баира. Все усилия доблестных полков овладеть редутом не увенчались успехом; наконец удалось овладеть ложементом на гласисе; с прибытием из общего резерва 1-го батальона Серпуховского полка мы перешли в наступление и овладели наружным рвом укрепления.
Так же неудачны были и возобновлявшиеся попытки атак на редут № 8 отрядом генерала Вельяминова, поддержанным Галицким полком.
Наступление отряда генерал-майора Скобелева. Заметив с позиции у Кришина, что войска князя Шаховского начали подаваться вперед, Скобелев отдал приказание отряду перейти в наступление. Он хотел, привлекая на себя турок, помочь атаке Шаховского, а овладев высотами непосредственно у Плевны, самостоятельно произвести решительную атаку.
Вперед двинулись две с четвертью роты, четыре пеших орудия и две сотни. Роты с песнями оттеснили турецких стрелков с первого и второго кряжей Зеленых гор, а сотни опрокинули черкесов. Третий кряж был очищен штыками, и куряне отразили все последовавшие контратаки. Когда же казаки охватили фланги турок, то те бежали и залегли вблизи предместья. Скобелев вызвал на позицию орудия и окончательно утвердился на третьем кряже (здесь впоследствии были сооружены Скобелевские редуты).
В четвертом часу Скобелев решил поддержать атаку князя Шаховского возможно энергичнее и перешел в решительную атаку против правого фланга турок, но в это время последние сами предприняли наступление. Несколько таборов в две линии цепей подошли на 20 шагов с позиции орудий поручика Прохоровича, но подоспевшие три с половиной роты курян отбросили их штыками. Две сотни Владикавказского полка ударили в правый фланг турок, которые снова бежали. Преследовавшая пехота и казаки попали под сильнейший огонь из ложементов и под напором турецких резервов отошли на третий кряж, где Скобелев продержался до вечера.
Отступление Западного отряда. Получив около 7 часов записку князя Шаховского и имея в общем резерве всего три батальона Серпуховского полка с одной батареей и двумя эскадронами, Криденер, уже решивший отступать, хотел лишь выждать отхода отряда Шаховского и поэтому в 7 часов 10 минут приказал последнему «держаться на позиции во что бы то ни стало», сообщив, однако, что «все резервы истощены».
Отступали в полном порядке, но ввиду того, что части были сильно перемешаны, а некоторые находились в непосредственном соприкосновении с противником, например в наружных рвах Гривицких редутов и в укреплении № 14, много войск осталось в таком положении до утра 19 июля. Отступление прикрывали: отряд Скобелева с подошедшими четырьмя с половиной сотнями Бакланова, 1-я бригада 11-й кавалерийской дивизии, Серпуховской, Галицкий (ранее других выведенный из боя) и Воронежский полки.
Нельзя не отметить, что все войска, участвовавшие в бою, вполне сохранили бодрость духа, а те, которые оставались всю ночь на завоеванных и политых кровью позициях, ожидали только подкрепления, чтобы возобновить с рассветом бой. Согласно турецким источникам, Осман-паша не был в состоянии развить какое-нибудь преследование, а наоборот, сам ожидал повторения атак нами 19 июля.