Rzymianie ruszyli do ataku w zwartym szyku. Momentalnie słaba piechota iberyjsko-galijska zaczęła się wycofywać pod naporem legionów. Armia rzymska parła do przodu wchodząc coraz głębiej w szyki wojsk Hannibala. Opór był słaby. Szybkie wycofywanie się wrogów zdawały się Rzymianom spowodowane bojaźnią barbarzyńców przed potężną formacją ich armii. Prawda była taka, że sam Hannibal rozkazał swym wojskom w centrum szybkie wycofywanie się i sporadyczne nękanie wroga.
Tymczasem rozpoczęło się również starcie na skrzydłach. Ciężkozbrojna konnica Hasdrubala runęła na wojska Paulusa. Przy trzykrotnej przewadze liczebnej na tym wycinku frontu i zdecydowanie lepszym wyszkoleniu wojsk uczestniczących w starciu wojska Kartaginy szybko zmusiły Rzymian do ucieczki. W tym czasie lekka konnica nubijska prowadziła powolną walkę z elitą kawalerii Rzymu. Po zwycięstwie na lewym skrzydle Hasdrubal ruszył na wojska Warrona, biorąc jazdę rzymską w dwa ognie. Pod naporem silniejszych przeciwników drugie skrzydło Rzymian również rzuciło się do ucieczki. Po zlikwidowaniu wrogiej jazdy zgodnie z życzeniem Hannibala Hasdrubal uderzył od tyłu na zwycięskie jak dotąd wojska rzymskie.
Legiony w centrum nadal wbijały się coraz głębiej w szyki wroga, mając wciąż wrażenie, że zwycięstwo jest już w ich rękach. Lecz, gdy ścigali wycofujących się Iberów i Galów, ci tak naprawdę rozciągali swoją linię tworząc powoli wokół wroga półkole. W tym czasie jazda kartagińska jeszcze rozprawiała się z resztkami wrogich sił na skrzydłach.
Jednak wojska Rzymian były już otoczone z trzech stron przez Kartagińczyków. Wtedy nadciągnęła konnica ze skrzydeł, która już skończyła rozprawę z ich towarzyszami chroniącymi flank. Rzymianie zostali otoczeni - krąg został zamknięty. Bitwa zmieniła się w krwawą masakrę. 46 000 Rzymian zostało zabitych, 22 000 wzięto do niewoli. Jedynie 15 000 udało się uniknąć pułapki. Konsul Paulus poległ podczas bitwy, tak jak 29 trybunów wojskowych (z 48) i 80 senatorów. Warron zdołał uciec. Straty kartagińskie liczyły jedynie około 6 700 ludzi - głównie Iberów i Galów.
Po zwycięstwie dowódcy kartagińscy chcieli uderzyć prosto na bezbronny Rzym, jednak Hannibal odszedł od tego planu, aby zdobyć poparcie wśród obywateli południowych prowincji (aby zdobyć ich poparcie tak jak czynił wcześniej puścił wolno wszystkich nie-Rzymian wziętych do niewoli). Ponadto nie posiadał maszyn oblężniczych niezbędnych do zdobycia tego dobrze ufortyfikowanego miasta. Bitwa pod Kannami okazała się największą klęską militarną w całej historii Rzymu.
Bezpośrednim skutkiem bitwy było przejście na stronę Kartaginy kilku większych miast z południa Italii. Aby sobie pozyskać ich zaufanie Hannibal tak jak czynił to już wcześniej uwolnił wszystkich nie-Rzymian, wziętych do niewoli. Władze Republiki znowu wróciły do strategii unikania walnych bitew na terenie Italii. Ofensywę poprowadzono natomiast w Hiszpanii, gdzie wyruszył młody konsul Publius Cornelius Scipio. Dużo czasu musiało minąć zanim znowu uwierzyli, że jest szansa pokonać armię dowodzoną przez Hannibala.
W bitwie pod Kannami w sposób najdoskonalszy i najprostszy został użyty manewr okrążenia wroga. Nigdy przed, ani nigdy po tej bitwie nie rozegrała się batalia, w której armia dwukrotnie słabsza potrafiłaby okrążyć i wyciąć w pień siły wroga. Przykład ten, znany jako manewr kanneński, stał się na przestrzeni wieków wzorem do naśladowania dla adeptów szkół wojskowych. A o znaczeniu tej bitwy najlepiej świadczy fakt popularności jaką się cieszył pomysł Hannibala wielokrotnie wykorzystywany przez największych dowódców