Утром 12 октября Наполеон решил с главными силами двигаться кратчайшими путями к Иене, предполагая, что здесь сосредоточена основная масса прусских войск. При этом корпуса Даву и Бернадота — всего около 60 000 человек — он направил в обход к Наумбургу, чтобы отрезать пути отступления на Берлин, прежде всего, захватом Кезенского моста.

Поняв опасность сложившейся ситуации, герцог Брауншвейгский приказал своим войскам отступать к Мерзебургу, чтобы принять решительную битву между реками Заале и Эльба. Туда же планировалось собрать корпус принца Вюртембергского. Главные силы прусских войск (свыше 53 000 человек) начали отход на Ауэрштедт, оставив у Иены корпус князя Гогенлоэ в 38 000 человек и у Веймара — 15-тысячный корпус генерала Рюхеля. Войска Гогенлоэ должны были прикрыть отступление главных сил, а затем также отойти, избегая столкновений с французами.

13 октября Даву уже занял Наумбург. Вечером того же дня главные силы Наполеона вошли в Йену, которая еще 11-го числа была очищена немцами в результате анекдотичного события. Несколько выздоравливающих солдат, находившихся на излечении в городском госпитале, решили совершить загородную прогулку. Их больничные колпаки издали кому-то напомнили французские кивера. Мгновенно в городе распространился слух о появлении французов. Побросав оружие, прусские полки начали разбегаться, покинув свою артиллерию и обозы.

На плоскогорье за Иеной Наполеон, наконец, увидел бивачные огни армии Гогенлоэ и решил утром атаковать ее. Князь также знал, что французы вошли в Йену, но он был уверен, что перед ним лишь второстепенные части и ночь перед битвой провел вполне беззаботно. Он решил принять бой, но, уверенный в своих силах, никак к нему не подготовился и даже не составил диспозицию на следующий день, не ожидая ничего серьезного.

Напротив, Наполеон думал, что перед ним вся прусская армия, и поэтому тщательно обследовал местность, потратив половину ночи на укрепление своих позиций. В темноте, незаметно для неприятеля, французские солдаты заняли гору Ландграфенберг, которая главенствовала над окрестностями Йены. В полном мраке 30 000 французов вскарабкались наверх по тропам и втащили пушки, заняв тем самым выгодную исходную позицию для атаки. Левым флангом французской армии командовал маршал Ожеро. В центре французских позиций стоял корпус маршала Ланна, несколько позади него находилась императорская гвардия. На правом фланге располагался корпус маршала Сульта.

Наконец рассвело. Все участники исторического дня отмечали, что утром стоял с густой туман. Сражение началось в 6 часов 14 октября. Первым в бой двинулся корпус Ланна, который за три часа отбросил 8-тысячный авангард пруссаков под командованием Тауенцина и занял ряд позиций под Каспедой, Лютцероде и Клозвицем, ранее удерживаемые неприятелем. Во время этих событий князь Гогенлоэ оставался совершенно спокоен, и лишь бегущие войска авангарда дали ему понять, что опасность близка. Туман окончательно рассеялся, и Гогенлоэ к своему величайшему изумлению обнаружил, что па его позиции и с высот Ландграфенберг, и с флангов, и против центра — со всех сторон идут атакующие французские полки. Это изумление командующего армией, проглядевшего начало наступления противника, стало своего рода «классикой».

 В 8 часов Гогенлоэ срочно запросил помощи из Веймара от генерала Рюхеля. Сам же попытался собрать свои войска в единый кулак из разбросанных на большом расстоянии друг от друга биваков. Подняв свой лагерь и собрав около 25 000 человек, он двинул их навстречу французам к деревне Фирценхейлинген. Пруссаки устремились вперед по всем правилам линейной тактики, открыв массированный огонь без прицеливания.

В это же время вслед за Ланном вступили в бой войска Сульта и Ожеро. Первый поднимался от долины реки Заале к Клозевицу, второй прошел по Мюхтальскому ущелью на Каспеду. Двигаясь к Клозвицу, Сульт столкнулся с отдельно стоявшим в лесу отрядом генерала Гольцендорфа на левом фланге прусских позиций. В течение двух часов французы пытались овладеть лесом, стремясь сбить пруссаков с позиций. Наконец им это удалось, и противник, потеряв 5000 убитыми и ранеными, отступил.

Пока происходили эти события, маршал Ней заметил движение пруссаков к Фирценхейлингену. Тогда он с 3000 солдат укрепился в этой деревне и в течение часа выдерживал натиск основных сил Гогенлоэ. Линейная тактика оказалась совершенно непригодной по отношению к врагу, который довел свою стрельбу в рассыпном строю до совершенства. Из построек, из-за заборов французы палили по стоявшим невдалеке от них прусским линиям, как по мишеням. Прусско-саксонские войска понесли жестокие потери в бесплодных атаках, но выбить французов из деревни не смогли. Тем не менее пруссаки дрались упорно. Видя сложное положение Нея, Наполеон отдал приказ Ланну поддержать его.

В 13 часов императору сообщили, что резервные линии французской кавалерии развертываются на исходных позициях, а следом за ними выстраиваются в боевой порядок две свежие дивизии из корпуса Нея. Когда же наконец обходные колонны Сульта и Ожеро, завершив маневр, дружно ударили по противнику с флангов, Наполеон отдал приказ к решительной атаке всеми силами, включая резервы. Гогенлоэ еще мог спасти свою армию от полного уничтожения, сыграв своевременное отступление. Но он был не способен ни на какое решение: с бессмысленной тупостью он ждал Рюхеля, а тот все не приходил. В генеральном наступлении французские войска опрокинули прусско-саксонские линии и обратили их в бегство, которое стало всеобщим и паническим. Один лишь саксонский гренадерский батальон держался стойко. Он окружил главнокомандующего и медленно совершал правильное отступление.

В 14 часов, когда битва при Йене была безвозвратно проиграна, на поле боя появился генерал Рюхель. Однако он уже не смог исправить положение. Вместо того чтобы прикрыть отступление разбитой армии, Рюхель, построив войска в две развернутые линии с конницей на флангах, ринулся на французов. Последние встретили атакующих сильным ружейным и артиллерийским огнем, а затем превосходящими силами контратаковали с фронта и с флангов. Уже через полчаса корпус Рюхеля был опрокинут и разбит, а сам генерал получил тяжелое ранение.

Бегущих пруссаков и саксонцев преследовала кавалерия Мюрата. Часть армии Гогенлоэ бросилась к Веймару, надеясь найти спасение за его стенами. Но всадники Мюрата на плечах отступавших ворвались на городские улицы и, разгоряченные преследованием, рубили всех, кто попадал под руку, не слушая криков о пощаде и не беря в плен. Сотни обезумевших людей гибли под клинками французов, давили друг друга, были растоптаны лошадьми. Прусская армия была наголову разгромлена. Часть беглецов во главе с Гогенлоэ устремилась к Наумбургу, надеясь соединиться с армией герцога Брауншвейгского. Но неожиданно к ним присоединились толпы других беглецов, кричащих, что армия герцога тоже разбита...

 Действительно, в тот же день произошло еще одно сражение, опередившее по результатам первое.

Уже вечером 13 октября отступавшие главные силы прусской армии находились в полном беспорядке. Среди солдат царило смятение. Находясь в безвыходном положении, не имея продовольствия, дров и соломы, они разграбили Ауэрштедт, где находились король и герцог. Не было никаких осмысленных распоряжений, о рекогносцировке окрестностей никто и не думал.