Из древних манускриптов не ясно даже, на каком именно берегу Ауфида состоялась битва — на левом или правом, но Невло Деграсси указывал, что это несущественно, потому что река часто меняла свое русло, что происходит с ней и в наше время. Он считает, что битва произошла недалеко от собственно города Канны, иначе ее назвали бы битвой у Ауфида, как было с битвами у рек Тицина, Требии и Метавра.

Полибий сообщает, что римская армия стояла лицом на юг, правый фланг был повернут к реке; армия же Ганнибала располагалась фронтом на север. Значит, сражение происходило на левом берегу Ауфида, где бы в то время ни находилось его русло; наше описание битвы построено на этом предположении.

Перед Каннами римляне разбили два лагеря — по одну и другую сторону Ауфида; лагерь на правом берегу реки располагался рядом с городом Канусий. В день командования Эмилия Павла события развивались вяло, произошла одна незначительная стычка. Маховик событий начал раскручивать Варрон, приняв командование утром следующего дня. Римская армия переправилась на северный берег Ауфида и выстроилась в боевой порядок лицом к реке и параллельно ей. Ганнибал перешел реку следом и построил свои войска лицом к римлянам и тылом к реке. Фланги армии Ганнибала были оттянуты к реке: у него было около 40 000 воинов, вдвое меньше, чем у римлян, и таким расположением войск он избегал их обхода солдатами противника. Солнце светило в спину карфагенянам и в лицо римлянам; кроме того, юго-восточный ветер нес на римское войско тучи пыли. В центре римского войска стояла пехота, на правом фланге — римская кавалерия под началом Эмилия Павла, на левом — кавалерия союзников под командой Варрона. Ганнибал на своем левом фланге разместил галльскую и испанскую конницу во главе с Гасдрубалом (это был тезка брата Ганнибала), на правом — нумидийскую конницу, которой командовал Магербал. Центр занимала галльская и испанская пехота, по бокам которой стояли отряды африканцев; ими командовали сам Ганнибал и его брат Магон. Чуть позже Ганнибал произвел в построении изменение: он выдвинул отряды галлов и испанцев, стоявшие в центре, навстречу противнику, так что построение его войска напоминало лук, выгнутый в сторону римлян.

Перед сражением командующие, как обычно, обратились к воинам с речами. Плутарх рассказывает следующий интересный эпизод.

Проезжая перед фронтом армии карфагенян и посматривая на огромную массу римской пехоты, один из соратников Ганнибала, Гискон, выразил озабоченность численным превосходством противника. Ганнибал ответил: «Есть одна вещь, Гискон, которой ты не заметил». Гискон спросил: «Какая же?» «Во всем этом скоплении людей, стоящих напротив нас, нет ни одного, которого звали бы Гисконом», — ответил Ганнибал. Эти слова взвали громкий смех у его спутников; так, смеясь и шутя, они продолжали объезжать строй своих воинов, которые, видя настроение своих командиров, воспряли духом.

Сражение началось столкновением конницы Гасдрубала (8 000 человек) и кавалерии Эмилия Павла (2 000 человек). Из-за тесноты многие римские конники спешились; постепенно воинов Павла оттеснили, они оказались зажаты между рекой и собственной пехотой и большей частью погибли. Конница Гасдрубала пронеслась позади и вокруг строя римской пехоты и обрушилась с тыла на кавалерию союзников Рима, с которыми уже сражались нумидийцы; союзники бежали с поля боя.

Тем временем римская пехота обрушилась на центральный выступ карфагенского строя и стала вдавливать его внутрь. Ганнибал лично наблюдал за происходящим; пока все шло по его плану. Варрон допустил грубую тактическую ошибку, построив в пехоту плотными рядами, без интервалов и промежутков, в виде прямоугольника. Он рассчитывал этой монолитной массой нанести сокрушительный удар по врагу, но тем самым лишил легионы их главных тактических преимуществ — способности перестраиваться и маневрировать. Масса римской пехоты продолжала двигаться вперед, и сначала строй воинов Ганнибала выгнулся в противоположную сторону, а затем принял подковообразную форму, обтекая римлян с флангов и оставаясь перед их фронтом. Отряды Ганнибала были выстроены так, что на флангах римской пехоты оказались лучшие бойцы — ветераны-африканцы, и римляне оказались словно между молотом и наковальней. Карфагеняне стиснули римский строй и начали уничтожать солдат противника, большая часть которых вообще не могла принять участия в сражении и просто стояла, ожидая своей участи. Когда же Магарбал прогнал последние остатки римской конницы с поля боя и со своей тяжелой кавалерией обрушился на тылы римлян, сражение превратилось в бойню. Римлян убивали там, где они стояли, не давая ни одного шанса на спасение. Две консульских армии усиленного состава были уничтожены.

Потери сторон оценить трудно. Древние авторы сообщают, что Ганнибал потерял 6 000 воинов, римлян же было истреблено 70 000. Погиб консул Эмилий Павел. Во время боя, увидев, что он ранен и обливается кровью, военный трибун Грей Корнелий Лентул предложил Павлу своего коня, чтобы он спасся и гибелью консула не усугублял постигшую Рим катастрофу. Но Эмилий Павел отказался и приказал Лентулу скакать в Рим и предупредить сенат, что он, Эмилий Павел, никогда не забывал его наставлений. Что касается Варрона, то он, бежав с поля боя, с остатками союзной конницы отправился к Венуссии. Гарнизоны двух римских лагерей сумели собраться в Канусии — около 14 000 воинов, во главе которых встал молодой военный трибун Публий Корнелий Сципион. Это было все, что осталось от огромной римской армии. Еще одна военная катастрофа обрушилась на римлян, как бы переполняя чашу постигших их бедствий: в северной части Италии легион Луция Постумия попал в засаду. Римляне двигались через лес по дороге, когда бойи внезапно перекрыли путь и вперед, и назад, завалив дорогу заранее подрубленными деревьями, а затем с флангов напали на римлян из лесной чащи. Постумий, избранный консулом на следующий год, погиб, а его два легиона уничтожены.

Некоторое время армия Ганнибала стояла на поле боя, собирая трофеи. Передают, что Ганнибал отправил в Карфаген три бушеля (мера веса) золотых перстней, снятых с убитых римских всадников. Тело Эмилия Павла карфагеняне нашли и предали почетному погребению с воинскими почестями. Пленных — три тысячи пехоты и полторы тысячи всадников — провели перед Ганнибалом. Тех, кто не являлся римскими гражданами, он отпустил по домам, а за римлян назначил выкуп: по 500 денариев за всадника, по 300 — за пехотинца и по 100 — за их слуг и рабов. Затем он отобрал десять пленных и послал в Рим, чтобы они сообщили сенату об условиях освобождения и размерах выкупа, но сенаторы отказались платить и заявили, что такие воины Риму не нужны. В конце концов Ганнибал отпустил пленных, а сенат отправил их в Сицилию, где в наказание они должны были служить, не получая платы. Когда же Варрон с остатками конницы приблизился к Риму, у ворот города его встретили сенаторы и магистраты и благодарили за то, что он спас хотя бы часть воинов и не потерял веры в победу и в республику.

В это тяжелое для Рима время сенат действовал сурово и решительно. Плач и стенания были запрещены, ношение траурных одежд ограничено, распространение слухов строго наказывалось, никому не разрешалось покидать город. Необходимо было умилостивить богов, и сенат постановил вновь обратиться к Сивиллиным книгам пророчеств; Квинт Фабий Пик-тор был направлен в Дельфы, дабы вопросить оракула, какие особые молитвы и подношения следует обратить к богам, чтобы небеса смилостивились над римлянами. Был проведен набор в армию; должники и преступники освобождены из тюрем, вооружены и зачислены в войско. На общественные деньги государство выкупило у собственников 8 000 рабов и сделало их солдатами. Все ремесленные мастерские изготовляли оружие. Марк Юний Перан был назначен диктатором, Тиберий Семпроний Гракх — начальником конницы, а претор и Beтеран Галльской войны Марк Клавдий Марцелл возглавил войска, стоявшие в Канусии.