Стояла влажная пасмурная погода. Перед битвой прошел дождь, принесенный южным ветром. Утром землю покрывал густой туман. С наступлением дня туман поднялся вверх, но облака висели над полем битвы. Когда войска выстраивались, было сумрачно. Ливий и Зонара утверждают, что влага размягчила луки, пращи и ремни дротиков царских воинов, но не повредила римлянам, использовавших тяжелые пилумы (Liv.XXXVII.41.2–4; Zonar.IX.20; App.Syr.33). Возможно, они преувеличивают трудности сирийцев, так как пергамская легкая пехота действовала эффективно.

Сражение на правом фланге римлян началось атакой серпоносных колесниц. Евмен приказал выдвинуться вперед критским лучникам, пращникам, римским метателям дротиков и нескольким эскадронам (турмам) конницы. Римляне и их союзники действовали в рассыпном строю. Они обстреливали колесницы со всех сторон, целясь в лошадей, а также громкими и нестройными криками пугали коней. При приближении противника подвижные пехотинцы уклонялись от столкновения. Одни колесницы остановились из-за гибели лошадей. Лошади других заметались. Нервы возниц не выдержали. Часть из них повернули назад, другие отступали по направлению к центру, к слонам. Всадники Евмена их преследовали и громкими криками усиливали панику. В стремлении избежать столкновения с серпами и обезумевшими лошадьми арабские воины на верблюдах расстроили свои ряды. Смятение перекинулось на катафрактов. В конце концов, колесницы и верблюды покинули пространство между армиями. После этого с обеих сторон был подан знак тяжелым войскам к сражению. Римско-пергамская конница пошла в атаку. Легкие селевкидские войска не пришли в себя после смятения, вызванного колесницами, и сразу бежали. Это оставило без поддержки тяжелую конницу Антиоха. Атаку же римских всадников, видимо, поддержала легкая и тяжелая пехота правого фланга. В результате тяжелая царская конница левого фланга была смята и бежала. Часть катафрактов, лишенных поддержки строя, настигли и поодиночке истребили (Liv.XXXVII.41.5-42.3; App.Syr.33–34; Zonar.IX.20).

На другом фланге дела римлян шли неважно. Антиох с тяжелой конницей и легковооруженными Зевксиса оттеснил немногочисленных римских всадников и ударил во фланг легионерам одновременно с лобовой атакой остальной конницы. В результате целый легион был опрокинут и бежал по направлении к лагерю. Его Антиох и Зевксис преследовали. Военный трибун Марк Эмилий Лепид, начальник римского лагеря, вывел за укрепления всю лагерную охрану, 2 тысячи македонян и фракийцев. Сначала он пытался остановить бегство бранью и угрозами, потом приказал фракийцам и македонянам убивать тех, кто бежал впереди. В конце концов он добился своего. Отступление прекратилось и легионеры восстановили строй. Здесь, прикрытые с тыла лагерными стенами римляне отразили атаку вражеских всадников. В это время легкая пехота Зевксиса обошла лагерь с другой стороны, ворвалась через неохраняемые укрепления и занялись грабежом. Толпа обозной прислуги и прочих некомбатантов, находившихся в лагере, бежали на запад. Панические слухи, распускаемые этими беглецами, оказались первыми известиями о битве, которые достигли Греции и Рима. После того, как Антиох прекратил атаки на легионеров и воинов Лепида, римляне выбили мародеров из лагеря (Liv.XXXVII.42.6-43.4, 48.1–7; App.Syr.34, 36; Zonar.IX.20; Just.XXXI.8.6–7).

Ход сражения в центре в общих чертах ясен, но некоторые детали вырисовываются смутно, так как Аппиан и Ливий сосредотачивают внимание на разных эпизодах (Liv.XXXVII.42.3–6; App.Syr.35). Римлянина Ливия в основном интересуют действия тяжелой римской пехоты, а сирийского грека Аппиана — конницы и легковооруженных, среди которых было много греков, а также поведение сирийской фаланги. Дело началось со столкновения легковооруженной пехоты, выигранного римлянами. Легковооруженные сирийцы отступили, после чего фаланга сомкнула строй. После этого в дело вступила римская тяжелая пехота. Атаковать противника македонская фаланга оказалась не в состоянии, так как к этому времени весь левый фланг армии Антиоха бежал, а конница, легкая и тяжелая пехота римлян зашла во фланг и в тыл сирийскому центру. По Аппиану, Домиций непосредственно руководил окружением фаланги. Это указывает на то, что римляне обошли также правый фланг царской армии, пользуясь уходом селевкидской конницы к римскому лагерю. Фаланга ощетинилась во все стороны сариссами. Ливий пишет об обстреле фаланге пилумами легионеров, а Аппиан — луками и копьями (kontos). Аппиан утверждал, что римляне не вступали в рукопашную с фалангистами, но к этому утверждению нужно относиться с известной осторожностью. Возможность сокрушить тяжеловооруженную пехоту за короткий период времени одним обстрелом представляется маловероятным из-за относительно низкой эффективности оружия дальнего боя в античности. Иногда преимущественно с помощью оружия дальнего действия одерживались победы над греческими гоплитами и римскими легионерами, но в этих случаях тяжелую пехоту изматывали многочасовым или многодневным обстрелом. В других известных нам случаях боев римлян с македонской фалангой легионеры не ограничивались обстрелом фаланги.

До тех пор, пока фаланга находилась в оборонительных порядках, прорвать ее строй было затруднительно. Однако, при Магнесии она была обречена. Как показывал опыт многих сражений, удары во фланг и тыл имели катастрофические последствия для любых античных армий, если они заранее не подготовили резервы для отражения таких атак. Фалангисты и находившиеся за ними слоны попытались отступить к лагерю. Некоторое время им удавалось продвигаться назад, но римляне продолжали наседать с разных сторон. Наконец, по Ливию, атака тяжелой римской пехоты сумела нарушить строй фаланги, что привело к ее бегству. Способ атаки легионеров можно реконструировать путем сравнения с битвами римско-македонских войн. При штурме Атрака в Фессалии (198 г. до н. э.) македонская фаланга защищала пролом в стене и вынуждена была стоять на месте. Сменяющие друг друга римские когорты забрасывали противника пилумами, атаковали с мечами, откатывались и возобновляли попытки опрокинуть врага (Liv.XXXII.17.12–15). В начале сражения при Пидне (168 г. до.н. э.) римляне атаковали, а македоняне втыкали сариссы в их щиты и не давали приблизиться. Отряд пелигнов с мечами безуспешно пытались протиснуться между сариссами (Plut.Aemil.19–20).

Не совсем ясна роль слонов в сражении. Ливий описывает столкновение с ними после упоминания обстрела фаланги легионерами, но при этом пишет так, как если бы слоны стояли в промежутках фаланги. Между тем, по Аппиану, фаланга сомкнулась после отхода легковооруженных. По Ливию, римляне использовали опыт, накопленный в африканской экспедиции 204–201 гг. до н. э. Пехотинцы уклонялись от столкновения с животными, метали в бока пилумы. Они старались подобраться к слонам сзади, чтобы подрубить мечами сухожилия. Проникновение легионеров в промежутки фаланги до отхода слонов кажется сомнительным. Они не могли бы держать строй и могли подвергнуться удару в тыл со стороны фалангистов. Описание Ливия больше подходит к бою перед строем фаланги. То, что слонов в начале битвы выдвинули вперед, следует из Зонары (Zonar.IX.20). В то же время Аппиан упоминает о бегстве слонов уже после начала отхода фаланги, причем его рассказ допускает предположение, слонов победили легковооруженные и всадники римлян. Вероятно, речь идет о разных этапах сражения. Остается также неясным, что делали слоны, стоявшие за сирийской конницей на обоих флангах.

Пока все это происходило в центре, Аттал, брат Евмена, поспешил к римскому лагерю на выручку левому флангу с отрядом из 200 (Ливий) или 400 (Аппиан) всадников. В этот момент Антиох наконец прекратил бой у лагеря и повернул назад. Воины Антиоха без труда отбросили и рассеяли отряд Аттала, но к моменту их возвращения на поле битвы уже ничего нельзя было изменить. Царь бежал в направлении Сард. Бой еще шел у селевкидского лагеря. Охрана лагеря и часть отступающих воинов оказала упорное сопротивление в воротах и перед валом. На некоторое время они остановили противника, но римляне, жаждущие добычи, все же смогли сломить их оборону и ворвались внутрь. По Аппиану, это произошло еще до бегства Антиоха, по Ливию, — после него. В лагере и за его пределами пошла резня. Воины Антиоха, смешавшиеся с верблюдами, колесницами и слонами, в беспорядке бежали. Обезумевшие слоны не слушались вожаков и топтали своих. Пергамская и римская конница преследовали врага, убивая всех, кого настигали (Liv.XXXVII.43.5-11; App.Syr.36).

Ливий сообщает, что Антиох потерял убитыми 50 тыс. пехотинцев и 3 тыс. всадников. Ему следует Евтропий. В плен, по Ливию, попало 1400 человек и 15 слонов с погонщиками. По Аппиану, было убито и взято в плен до 50 тыс. человек. Юстин пишет о 50 тыс. убитых и 11 тыс. пленных. У римлян, по Ливию, погибло 24 всадника, не более 300 пехотинцев и 25 воинов Евмена. Аппиан пишет то же самое, только потери Евмена он снижает до 15 всадников. Ливий также упоминает о большом количестве раненных римлян (Liv.XXXVII.44.1–2; App.Syr.36; Just.XXXI.8.7). Сообщая эти цифры, Ливий употребляет слово "говорят". Античные историки обычно использовали этот оборот в тех случаях, когда не были уверены в правильности информации. Аппиан добавляет, что всех римлян убил Антиох, подразумевая конницу его правого фланга. Несомненно, потери селевкидской армии были велики и основная их часть приходится на время бегства. Сведения о потерях римлян сомнительны, но принципиально непроверяемы. Дело в том, что у римлян не было налаженной отчетности о потерях войск в ходе военных операций. В Риме более или менее представляли только суммарную убыль войск за год, включавшую все боевые и небоевые потери. Эти сведения были нужны, так как в начале каждого года сенат принимал решение о количестве подкреплений, посылаемых в различные армейские группировки. Иногда сенат посылал комиссия в армию. Наиболее полные сведения об этом относятся ко времени 3 Македонской войны (171–168 гг. до н. э.). Армию в Греции тогда проверяли три раза. Одна комиссия расследовала причины и последствия поражения на юге Иллирии в 170 г. до н. э. (Liv.XLIII.11.2, 9-11), вторая разбирала причины безрезультатности кампании 170 г. до н. э. в Македонии (Liv. XLIII.11.2). Третья выясняла нужды армии и флота перед началом решающей кампании 168 г. до.н. э., а также численность противника и настроения греческих союзников (Liv. XLIV.18.2–5). Нет ни одного случая проверки донесений победоносных полководцев. С отдаленных фронтов они могли сообщать, что им было угодно. В случае кампании 190 г. до н. э. мы не можем даже оценить убыль личного состава за год. В начале кампании 189 г. до н. э. на восток были направлены две группы подкреплений. Численность каждой составляла 12 тысячи пехоты и 600 конницы (Liv.XXXVII.50.2–4). Одна из них формально предназначалась для пополнения азиатской армии, вторая для армии в Этолии. На практике часть войск, предназначенных для Азии, могли использовать в Этолии, так как армию там предстояло фактически сформировать заново. Остается неясным, сколько из 25200 воинов реально прибыло в Азию.

В битве при Магнесии обе армии пытались использовать один и тот же прием: прорыв конницы и легковооруженных на правом фланге с последующим ударом во фланг и тыл центра противника. Этот прием ввели в практику македоняне Филиппа II и Александра Великого. Александру он неизменно приносил победу в битвах с персами. У его последователей он получался хуже. Главная проблема заключалось в трудностях управления конницей после начала боя, особенно до полного разгрома противостоящего ей противника. Эти трудности стояли даже перед хорошо обученной кавалерией Нового времени. Античные всадники далеко не всегда имели ту же выучку. Тот же Антиох Великий при Рафии долго занимался закреплением победы на правом фланги. За это время египтяне разгромили его фалангу. Похожая ситуация сложилась при Магнесии. Римская конница, прошедшая школу II Пунической войны, оказалась лучше управляемой, чем селевкидская. Ее действия были лучше скоординированы с пехотой. Играл роль и другой момент. Царская конница левого фланга не проявила особого боевого духа и бежали при первом натиске противника. Интересно отметить, что значительную часть конницы Антиоха составляли катафракты и среднеазиатские конные лучники. Эти всадники заслужили только презрительные отзывы со стороны римлян (ср. Liv.XXXV.48.3–5, 49.5–8; XXXVII.42.1–2). Через полтора века комбинированные действия катафрактов и конных лучников парфян сокрушили римскую армию Красса и поставили на грань гибели войска Антония. В рассказах античных историков об этих битвах звучат отголоски страха перед бронированными всадниками и перед неуловимыми конными лучниками. Под руководством полководцев иранского и среднеазиатского происхождения эти воины дрались значительно более упорно и умело, чем за дело македонской династии Селевкидов.

Со времен Аппиана и до наших дней Антиоха упрекают в неумелом использовании фаланги. Вообще говоря, в практике эллинистических армий довольно обычным являлось оттягивание ввода в бой тяжелой пехоты в центре. В случае успеха флангового удара победа достигалась с меньшими жертвами, чем при лобовом столкновении фаланг. Тем не менее, в случае фронтального столкновения на равнине шансы фаланги македонского типа выглядели предпочтительнее по сравнению с легионерами, но фалангисты при Магнесии вели себя пассивно. Поведение царских войск выглядит гораздо логичнее, если принять предположение о численном перевесе римской тяжелой пехоты. Пехоте правого римского фланга противостояла только конница, а справа пехотинцев надежно прикрывала римская конница. Дисциплинированная и обученная тяжелая пехота обычно выдерживала фронтальную атаку конницы, хотя и не способна была преследовать отходящих всадников. Сирийская фаланга в случае атаки потеснила бы римский центр, но подставила бы свой фланг под удар второй и третей линий римской пехоты правого фланга. Так произошло в битве между македонянами и римлянами при Кинноскефалах семью годами раньше (Polyb.XVIII.25.1-26.5; Liv.XXXIII.3-11). Именно поэтому Антиох пытался привести в замешательство римскую пехоту атакой серпоносных колесниц и подготовить тем самым действия конницы. Хорошо организованные действия римско-пергамской конницы и легкой пехоты в сочетании с низким боевым духом сирийской конницы левого фланга перечеркнули планы царя.