发现美国的军队以后，兵力处于优势的英国军队就摆开队形，向行进中的美国军队发动攻击。由于兵力处于优势，他们很快就将莫瑟的部队打败。莫瑟将军受了伤，但是他拒绝投降，仍然持剑冲向敌人。交战中他被英军刺了一刀，伤得很重，以至于士兵们都以为他牺牲了，于是哈斯烈上校代替莫瑟将军指挥美军，可是很快，哈斯烈就因为头部中弹而牺牲。
在这危急的关头，增援的美国部队正好赶到，有两千多名士兵。华盛顿集合起莫瑟的余部，带领美国军队勇猛地向英军阵线反攻。
华盛顿身先士卒，直接冲进了英军的火力范围。他向他的同伴高呼：
“勇敢的战士们，跟着我一起冲啊，我们很快就能打败他们！”
英美双方展开了拉锯战。虽然美军在人数上占据优势，可是他们的训练毕竟比不上英国军队。
僵持一段时间以后，英国军队发动了第二轮的攻击。幸好在这时候，沙利文带领的1 300多名士兵及时赶了过来，战场上美军的人数骤增，变得差不多是英军的六倍。兵力对比是如此悬殊，迫使英军改变战略寻求突围。一部分英国士兵突出重围准备撤回特灵顿，华盛顿带着一部分美军追击过去。当华盛顿看到这些准备撤回特灵顿的英军与原来已经移动到那里的另外一部英军汇合的时候，就停止了追击。战场上另外一部分英军退回到了普林斯顿，和镇守在那里的部队一起对抗沙利文军队的攻击。最后，面对优势兵力和如潮炮火的攻击，驻扎在普林斯顿的英军投降了。英军200多人被俘虏，美军则有40人死伤。
在英国人占据的特灵顿，康华利将军和他的军队被隆隆的炮声震醒，他们发现华盛顿的主力已经转移，就马上开拔，向普林斯顿方向进发。但是，因为华盛顿的军队已经破坏了从特灵顿通向普林斯顿的必经之路上的桥梁，筋疲力尽的美军得以安全撤离普林斯顿。美军留下断后的部队，也给康华利的前进带来阻力。美军退出以后，英军终于在当天晚上夺回了普林斯顿，但是他们并没有在那里停留，而是直接行进到了新布伦斯维克（New Brunswick）。
莫瑟将军中剑倒下以后，并没有当时死亡。他是在中剑倒下的九天以后，才由于伤情进一步恶化，离开了人间。
普林斯顿战役之后，康华利辞去了他在新泽西的很多个职位，并且命令他的军队撤回新布伦斯维克集中。据统计，在这次扭转北美战局的战役当中，英军一共有276人阵亡。普林斯顿战役很大地鼓舞了美军的士气，八千名新兵应征入伍。
美国的史学家通常认为普林斯顿战役和特灵顿战役一样，都是美军的巨大胜利。事实上，在普林斯顿战役以后，英军失去了对新泽西大部分地区的控制。战役也对法国和西班牙产生重要的政治影响，导致两国在普林斯顿战役后都加强了对美军的援助。德国的菲德烈大帝，更把华盛顿将军在那段时间的战绩，说成是“军事史上最辉煌的胜利”。