决战开始之后，朱厚照亲自上阵，率先发起冲锋。朱厚照骑着马，在战场上来回奔驰，为下属加油打气，还不顾众多属下的阻拦，亲自冲到前线与敌人直接兵戎相见。有当朝天子坐镇于此，明军士兵士气大振，始终占据着主动权。双方激烈厮杀一天后，蒙古小王子无奈之下只有下令退兵。至此，明朝廷在这一战中取得大捷。
这场大战厮杀了一整天，双方参战人数加起来约有10万。但是在明史的记录中，只有寥寥几句，而且双方的死亡人数为蒙古阵亡十六人，明军阵亡五十二人。这样的伤亡在这种规模的战役中，几乎令人难以置信，更令人难以置信的是这场战役的后果，在《明史·鞑靼列传》中是这样写的："……是后岁犯边，然不敢大入"。
▲古代战争剧照
仅仅损失52人就不敢深入了吗？那蒙古军队也太不经打了。而且就算实际参战人数没有10万，打个折扣也有5万人，5万人厮杀一天，结果才68人的伤亡，在古代战役中也是相当离奇。经后代史学家们分析，应州大捷疑点太多，应该是有人在撒谎。这很可能是后人的刻意抹黑和故意模糊朱厚照的功绩。原因之一，是这一次朱厚照本来是偷溜出去的，对于一个皇帝来说，这种行为实在不大体面；原因之二，是因为朱厚照的继位者并非他的直属亲人，并且对他这位先皇着实不满，所以刻意如此。
