Wojska koronne (ok. 25 000 ludzi) pod wodzą króla Jana Kazimierza maszerowały na odsiecz obleganemu Zbarażowi. Jan Kazimierz 15 sierpnia z częścią armii przeprawił się w pobliżu Zborowa przez Strypę i nie czekając na resztę sił ruszył na wschód. Tatarzy i Kozacy byli dobrze poinformowani o ruchach armii królewskiej i z tego powodu, zostawiając część sił dla blokowania Zbaraża, z większością ruszyli szybkim pochodem naprzeciw armii Jana Kazimierza. Dlatego, gdy na wojska królewskie uderzyli Tatarzy, a jazda kozacka i część Tatarów zaatakowała przeprawy, król i cała jego armia zostali całkowicie zaskoczeni. Na lewym brzegu rzeki jazda koronna została pokonana, a dalsze natarcie Tatarów powstrzymał ogień piechoty i czeladzi obozowej. Na prawym brzegu Tatarzy rozbili kilka oddzielonych grup jazdy, lecz i tu powstrzymał ich ogień piechoty strzelającej zza taboru. W nocy na 16 sierpnia wszystkie wojska polskie znalazły się na prawym brzegu Strypy i do rana zajęte były pospieszną budową fortyfikacji ziemnych. Z samego rana Tatarzy zaatakowali prawe skrzydło armii królewskiej, natomiast Chmielnicki ruszył do natarcia na polskie centrum, częścią sił próbując obejść lewe skrzydło. Ponadto wysłał w kierunku osłaniających przeprawę Zborowa chorągwi grupę pułkownika Hładkiego z zadaniem zaatakowania polskich tyłów. Atak Hładkiego na polskie umocnienia w Zborowie został jednak odparty. Nie powiodło się także uderzenie kozackie na polskie lewe skrzydło. Walki przerwały pertraktacje, które rozpoczął z chanem Islamem Girejem kanclerz wielki koronny Jerzy Ossoliński.

Bitwa trwała dwa dni i była bardzo krwawa. Męstwem osobistym wykazał się król Jan Kazimierz, spisała się piechota i dragonia oraz odznaczył się generał Krzysztof Arciszewski, dowódca artylerii koronnej.

Z inicjatywą pertraktacji wystąpiła strona polska. Chan Islam III Girej dał się przekonać Ossolińskiemu tym bardziej, że całkowite rozbicie armii polskiej nie leżało w jego interesie: chanat mógł istnieć i karmić się jasyrem tylko wtedy, gdy i Sicz, i Polska były osłabione. Zmusił więc Chmielnickiego do podjęcia rokowań z Polakami. Zawarto ugodę, mocą której m.in. wydzielono dla Kozaków województwa kijowskie, bracławskie i czernichowskie. Podniesiono rejestr do 40 000. Z chanem zawarła Rzeczpospolita przymierze zaczepno–odporne. Nie trwało ono długo (do bitwy pod Beresteczkiem w niecałe dwa lata później), ale położyło podwaliny pod ścisły sojusz w czasach "Potopu" szwedzkiego.