Как только герцогу сообщили о приближении врага, он вывел основную часть своей армии из осадного лагеря и занял укрепленную позицию на плато над лагерем. Во второй половине дня в пятницу 21 июня, потратив несколько дней на подготовку местности к сражению, он получил сообщение, что противник перешел на другую сторону леса. Поскольку швейцарцев было немного и они практически не двигались, Карл решил, что они лишь пытаются заставить его отказаться от осады. Поэтому, убедившись, что они не собираются вступать с ним в полевое сражение, он оставил караул сторожить свои позиции и приказал своим войскам вернуться в лагерь. На рассвете следующего дня начался дождь. По настоянию своих капитанов герцог согласился снова вывести большую часть своих людей на плато. С утра они провели долгие часы под дождем в ожидании швейцарцев. Но враг не появлялся, и Карл, все больше убеждаясь, что он не нападет, отправил свои войска обратно в лагерь, чтобы они могли укрыться и перекусить. Для охраны плато он оставил только 1.800 всадников, 1.000 пехотинцев (включая английских лучников) и свою артиллерию.

Около полудня дождь прекратился. Почти в тот же миг раздался грозный рев вражеских боевых труб, и вскоре из леса вышли две грозные фаланги пикинеров и мощный отряд кавалерии. Рене II, молодой герцог Лотарингский, который присоединился к швейцарской армии всего несколько часов назад, выступал во главе 300 всадников (король Людовик снабдил его деньгами и достаточным эскортом, чтобы он мог добраться до места сражения в полной безопасности). Пока меньшая из двух фаланг слева от бургундцев спускалась для атаки осаждающих, другая численностью около 10.000 человек, из чьих рядов поднимались "многочисленные знамена", наступала прямо на позиции герцога Карла. Защищенные укреплением, английские лучники и бургундские артиллеристы открыли такой сильный огонь, что швейцарцы на какое-то время остановились. Но вскоре отряд вражеской пехоты, пройдя по оврагу, атаковал бургундцев с фланга под многократные крики "Грансон!".

Только после нескольких сообщений от своих капитанов герцог Бургундский наконец захотел поверить, что враг его все-таки атакует. Карл приказал своим войскам подняться на плато, а затем вооружился сам с помощью своего врача и Жан-Пьера Панигаролы. Однако, чтобы показать, что торопиться некуда, он отказался ехать верхом и к тому времени, когда он добрался пешком до плато, беспорядочная масса его пехоты уже пыталась бежать. В то время когда швейцарцы наседали на его войска со всех сторон, Карл выкрикивал непонятные приказы. "Никогда прежде, — замечает Панигарола, — я не видел герцога растерянным и не знающим, что делать". Немногочисленные отряды латников, пытавшиеся оказать сопротивление, были быстро подавлены грозными пиками противника. Вынужденные оставить свои позиции, кавалерия и пехота устремились вниз по склону, пока войска из лагеря пытались подняться плато. Вскоре потоки бегущих людей устремились к озеру. "Все это, — писал миланский посол, — произошло за меньшее время, чем требуется для произнесения Miserere".

В этот момент появилась третья швейцарская фаланга, которая, наступая справа от бургундцев, отрезала беглецам дорогу к озеру, ведущую на запад. Кроме того, швейцарцы, оборонявшие Муртен, сделали вылазку через западные ворота города, тем самым захлопнув врага в ловушку. В то время как герцог Бургундский скакал в сторону Лозанны, швейцарцы начали резню бургундцев, которые все еще находились внутри осадного лагеря. Антуану, Великому Бастарду Бургундии, удалось бежать, в то время как граф де Марль был казнен, несмотря на 25.000 дукатов, которые он предложил в обмен на свою жизнь. Пока швейцарская кавалерия преследовала беглецов, несчастные бургундские пехотинцы вскоре были загнаны на берег озера, где те, кто не утонул, были быстро истреблены. В тот день погибло 10.000 человек, то есть почти половина бургундской армии. В сопровождении всего 300 всадников Карл добрался до города Морж, на берегу Женевского озера, а затем пересек горы Юры и прибыл во Франш-Конте, где обосновался в городе Жексе, недалеко от Сен-Клода[114].

В понедельник 22 июня, всего через два дня после битвы, Филипп де Коммин и сеньор дю Бушаж поспешили в кабинет Людовика XI с депешей, сообщающей о победе при Муртене[115]. Какую бы радость ни вызвала эта новость у короля, нет никаких свидетельств о том, что он испытывал триумф, он ни на секунду не задумался о том, чтобы использовать поражение своего врага и начать войну. В тот же день Людовик отправил войска к границе Савойи, чтобы показать, что готов поддержать правительство герцогства, кроме того, он отправил письмо Великому магистру двора, который в то время находился в Пикардии, с предписанием любой ценой сохранять перемирие с Бургундией. На следующий день король отправился в паломничество, чтобы возблагодарить Бога в Нотр-Дам-де-Пюи. В поздравительном послании, адресованном епископу и Совету Берна, "его особым друзьям и по милости Божьей очень непобедимым", он подчеркнул, что благодаря своей победе швейцарцы сделали возможным возвращение к миру. "Король полностью предан делу мира", — отметил новый миланский посол. Людовик твердо решил следовать сценарию придуманной им драмы до конца, однако последний ее акт еще не был сыгран. В конце июля, когда герцог Бургундский застрял во Франш-Конте, король снова отправился на Луару.

Новый миланский посол, Франческо Пьетрасанта, был отправлен во Францию Галеаццо-Мария Сфорца, как только последний узнал о результатах битвы при Муртене. Как и многие другие, герцог Миланский теперь думал только о том, чтобы поскорее забыть о своем неудачном союзе с Бургундией и возобновить связи с Францией. К счастью для него, он выбрал в качестве своего посла опытного и мудрого человека, ценность которого Людовик XI вскоре оценил[116]. Союз с Миланом союз был возобновлен, и Франческо Пьетрасанта стал одним из приближенных короля. Именно он первым понял, что успех бургундской политики Людовика был также и триумфом Филиппа де Коммина:

Сеньор д'Аржантон, был началом, серединой и концом наших дел. Он один принимает участие в делах и спит в королевской спальне. Он является всем во всех областях и для всех вещей.

В течение всего лета сеньор де Конте, эмиссар герцога Бургундского, курсировал между своим господином и Людовиком XI. У последнего, однако, были лучшие источники информации о Карле Бургундском. Первое, что сделал герцог на следующий день после поражения, было результатом вспышки неконтролируемой ярости. Ему нужно было кого-то обвинить в своей неудаче. Имея под рукой свою союзницу, герцогиню-регентшу Иоланду Савойскую, он выбрал ее в качестве козла отпущения и решил, что она заключила тайный союз со своим братом, королем Франции. Как только герцогиня покинула Карла в Жексе, чтобы вернуться в Женеву со своими четырьмя детьми, герцог приказал капитану своей охраны Оливье де ла Маршу арестовать ее ночью и увезти ее и ее детей во Франш-Конте.