תוך זמן קצר הבינו הרומאים שאין להם מענה לטקטיקת הלחימה הפרתית, וליתרון הניידות של הפרשים הפרתים. הלגיונרים הרומיים כבדי התנועה לא היו מסוגלים להתמודד עם מהירות התנועה של הפרשים הפרתיים, ולא יכלו לכפות עליהם קרב מגע או לגרום להם נזק ממשי, ואילו הפרשים המעטים יחסית של קראסוס (שרובם המכריע לא היו רומאים, אלא חיילות עזר שגויסו מסוריה), לא היוו יריב לפרשים הפרתיים המעולים. לפי תיאור הקרב אצל פלוטרכוס ודיו קאסיוס, עוצמת הקשתות בהן השתמשו הפרשים הפרתים הייתה כה רבה, עד שחיציהם הצליחו לחדור את המיגון של הלגיונרים הרומים וגרמו להם אבדות כבדות ופציעות נוראות. אולם חוקרים מודרניים סבורים, שהם הגזימו בתיאור כושר החדירה של החצים הפרתיים, ומעריכים שהם לא היו מסוגלים לחדור את המגינים ואת שריון הגוף של הלגיונרים הרומיים (בוודאי לא את שניהם יחדיו), אלא מטווח קרוב מאוד. עם זאת, סביר להניח שהירי המתמיד של מטחי החצים על הלגיונות הרומיים גרם למספר רב של נפגעים (שרובם רק ספגו פציעות בחלקי גוף חשופים) וגרם לדמורליזציה בקרב החיילים הרומיים, שלא יכלו להגיב על ירי החצים. בתחילה חשב קראסוס להמתין עד שיאזל מלאי החצים של הפרשים הפרתיים, ואז לעבור להתקפה עליהם, אך צבאו של סורנה היה מצויד במלאי חיצים גדול מאוד, שנישאו על גבי מספר רב של גמלים (פלוטרכוס מזכיר אלף גמלים). עובדה זו איפשרה לקשתים הפרתיים להצטייד בכל פעם מחדש ולהמשיך בירי חיצים בלתי פוסק לאורך כל שעות הקרב.
לפי דיו קאסיוס, כוח הפרשים האוסרואיני בפיקודו של אבגרוס מילא תפקיד משמעותי במהלך הקרב, והיה אחד הגורמים לתבוסה הרומאית. הוא כותב, שבמהלך הקרב (לא מיד עם תחילתו) הם עברו לצד הפרתים, ותקפו את הלגיונות הרומיים מעורפם, בעוד הפרשים הפרתיים תוקפים אותם מחזיתם. כתוצאה מכך נאלץ הצבא הרומאי לשנות את מבנהו ולהיערך מחדש פעם אחר פעם, כדי להתגונן מפני תקיפות הפרשים הערביים והפרתים, והדבר שיבש לחלוטין את מערכו. אולם לפי פלוטרכוס אבגרוס וכוח הפרשים שלו לא השתתפו כלל בקרב. הם נטשו את הצבא הרומאי זמן קצר לפני ההיתקלות עם הצבא הפרתי, בידיעתו ובאישורו של קראסוס, בתואנה שהם יוצאים לאסוף מידע על מיקומו וכוונותיו של האויב.
אחד האגפים של הצבא הרומאי, בפיקודו של פובליוס קראסוס, נלחץ קשה על ידי תקיפות הפרשים הפרתים, ונמצא בסכנת איגוף וכיתור. בשלב זה הורה קראסוס לבנו לצאת להתקפת נגד, כדי למנוע את כיתור כוחו, ולהקל את הלחץ על שאר הצבא הרומאי. פובליוס קיבץ כוח שכלל 8 קוהורטות רגלים (כ-4,000 לגיונרים), 500 קשתים ו-1,300 פרשים, כולל אלף הפרשים שהביא עמו מגאליה, ויצא איתו להתקפה. בתחילה נראה היה שמתקפת הנגד מצליחה, הפרשים הפרתים הפסיקו את תנועת האיגוף שלהם, פנו עורף ונמלטו, כאשר כוחותיו של פובליוס מנהלים אחריהם מרדף נמרץ. אולם ברגע שכוח התקיפה התרחק מהגוף העיקרי של הצבא הרומאי, שבו הפרשים הפרתיים על עקבותיהם, כיתרו אותו מכל עבריו והחלו להמטיר עליו חיצים.
הפרשים הגאליים של פובליוס ניסו לתקוף את הגוש של הפרשים הכבדים הפרתיים שניצב מולם, בניסיון לכפות עליהם קרב פנים אל פנים, והאחרונים הגיבו בהסתערות נגד. הקטפרקטים הפרתיים נהנו מיתרון ניכר על הפרשים הגאליים, מכיוון שהאחרונים היו מצוידים במיגון קל יחסית ליריביהם, והנשק העיקרי שלהם כלל חרבות ארוכות וחניתות, בעוד הקטפרקטים השתמשו ברמחים כבדים באורך כ-4 מטר. גם כאשר הפרשים הגאליים הצליחו להגיע לטווח קרוב מספיק מיריביהם כדי להשתמש בחניתותיהם, הם התקשו לחדור דרך השריון הכבד של הקטפרקטים. כתוצאה מכך, קרב הפרשים שהתחולל היה חד צדדי למדי, אף על פי שהפרשים הגאליים לחמו בגבורה, ובמהלכו הושמד רוב כוח הפרשים של פובליוס. שרידי הפרשים נסוגו חזרה אל הרגלים הרומיים, כשהם נושאים עימם את פובליוס קראסוס, שנפצע קשה בקרב.
במקביל לקרב הפרשים, הקיפו הקשתים הרכובים הפרתים את כוח הרגלים של פובליוס והמטירו עליו חיצים מטווח קצר. שרידי הכוח הרומי נסוגו לגבעת חול סמוכה, ונערכו שם להגנה היקפית, אך בכך רק סיפקו מטרה נוחה וצפופה יותר לקשתים הפרתיים. קראסוס לא היה מודע בתחילה למצוקה אליה נקלע הכוח שבפיקוד בנו, ומאוחר יותר, לאחר שהגיעו אליו שליחים מפובליוס, היסס אם לבוא לעזרתו עד שהיה מאוחר מדי. בסופו של דבר התאבדו פובליוס והקצינים הבכירים שלו, כשהבינו שהקרב אבוד, כדי לא ליפול בשבי האויב. לאחר שהקשתים הרכובים הפרתים פגעו במרבית הכוח המכותר, הסתערו אליו הפרשים הכבדים והשמידו אותו כמעט לחלוטין. רק כ-500 חיילים מתוך הכוח שיצא להתקפת הנגד נותרו בחיים, ונפלו בשבי הפרתים.
מתקפת הנגד של פובליוס גרמה להקלת הלחץ על הגוף העיקרי של הצבא הרומאי, משום שרוב הצבא הפרתי היה עסוק בלחימה נגד כוחו, ועודדה את רוחם של החיילים הרומיים, שחשבו שההתקפה הצליחה, והפרתים נסוגו משדה הקרב. אולם כאשר הפרשים הפרתיים הופיעו שוב בשדה הקרב, כשהם נושאים עימם את ראשו הכרות של פובליוס תקוע על גבי רומח, נגוזה תקוות הצבא הרומאי ומוראל הגייסות ספג מכה קשה. לאחר השמדת כוחו של פובליוס, חידשו הפרשים הפרתיים את התקפותיהם על צבאו של קראסוס ביתר שאת, והשלימו את כיתור הכוח הרומאי, דבר שאיפשר לקשתים הפרתים להמטיר עליו חיצים מכל העברים.
לפי תיאורו של דיו קאסיוס, הפרשים הקלים והכבדים של הצבא הפרתי פעלו בשיתוף פעולה הדוק, ונקטו בטקטיקה שהקשתה מאוד על הלגיונרים הרומיים להתגונן ביעילות. הפרשים הקלים המטירו חיצים לא רק על החיילים בשורות הקדמיות של הצבא הרומאי, אלא גם ירו את חיציהם במסלול תלול מעל ראשיהם, ואילצו גם את החיילים בשורות העורפיות להיערך בתבנית צב (כאשר מגיניהם צמודים ומופנים כלפי מעלה), כדי להתגונן מפני מטר החצים. הערכות זו התאימה אמנם להתגוננות מפני ירי חיצים, אך אילצה את הלגיונרים להצטופף, והפכה אותם פגיעים מאוד לתקיפות חוזרות ונשנות של הפרשים הכבדים הפרתיים. הדיפת הסתערות של פרשים כבדים היא משימה קשה לחיל רגלים גם בתנאים רגילים, לא כל שכן במצב בו הלגיונרים נאלצו להתגונן מפני התקפת הפרשים ובמקביל נדרשו גם להגן על עצמם מפני מטר חיצים בלתי פוסק. בכל פעם שהלגיונות הרומיים נערכו בתבנית "צב" הסתערו עליהם הפרשים הכבדים, תוך שהם מנצלים פרצות בשורותיהם, וגרמו להם אבדות כבדות. בנוסף לכך, החיילים הרומיים סבלו קשות מהחום, מהמחסור במים ומענני האבק שהעלו הפרשים הפרתיים שדהרו סביבם. התקפות הקטפרטים הפרתים אילצו את צבאו של קראסוס לסגת בהדרגה ולהצטופף בשטח צר יותר ויותר, שם התקשו החיילים הרומאים לתמרן, והפכו פגיעים עוד יותר לירי החצים של הקשתים הרכובים הפרתים.
העובדה שגם בתנאים קשים אלו, צבאו של קראסוס הצליח לשמור על שלמותו ולא נשבר או התפורר תחת הלחץ, היא תעודת כבוד למשמעת החזקה ולקשיחות של הלגיונות הרומיים.
ההתקפות הפרתיות נמשכו לכל אורך שעות אחר הצהריים, ורק רדת החשיכה הצילה את הצבא הרומאי מהשמדה מוחלטת. הצבא הפרתי לא נהג להילחם בשעות הלילה, ולכן הפרשים הפרתים הפסיקו את המתקפה ופרשו לחניית לילה במרחק בטוח משרידי הצבא הרומאי.
נסיגת הצבא הרומי והתפוררותו.
עם רדת הלילה נמצאו שרידי הצבא הרומאי במצב של מבוכה ובלבול. קראסוס התמוטט ואיבד את היכולת לתפקד, ולכן קסיוס (שפיקד על אחד האגפים של הצבא הרומי במהלך הקרב) ואוקטביוס, אחד מהלגאטים של קראסוס, לקחו לידיהם את הפיקוד וכינסו את הקצינים שנותרו בחיים להתייעצות. הם החליטו, שהסיכוי היחיד להציל את מה שנותר מהצבא הרומאי מהשמדה מוחלטת, הוא לנתק מגע בחסות החשיכה ולנצל את שעות הלילה לצורך נסיגה לעיר הסמוכה ביותר לשדה הקרב, חרן (Carrhae), שהוחזקה על ידי חיל מצב רומאי.
אולם הנסיגה לא הייתה מסודרת, ובמהלכה, מה שנותר מצבאו של קראסוס החל להתפורר. עריכת מסע לילי למרחק כ-30 ק"מ בשטח בלתי מוכר הוא משימה לא פשוטה גם בתנאים אופטימליים, לא כל שכן עם המוני פצועים מהלכים שהצטרפו לנסיגה ועם חשש מתמיד מפני התקפת פרשים על הכוחות הנסוגים. כ-4,000 פצועים שלא יכלו לצעוד הושארו מאחור במחנה הרומאי, וקבוצות רבות של חיילים איבדו את דרכם בחשיכה, או נשרכו מאחור. כוח של 300 פרשים בפיקוד קצין בשם איגנטיוס הגיע לחרן קרוב לחצות הלילה, אך לא עצר שם ולא עדכן את חיל המצב בקשר לתוצאות הקרב, אלא המשיך ברכיבה מזרחה לכיוון נהר פרת (סיפור המעיד על התמוטטות המוראל של הצבא הרומאי). לאחר שנודע למפקד חיל המצב בחרן, קופוניוס, ששרידי צבאו של קראסוס נמצאים בדרכם אליו, הוא יצא ביוזמתו לקראת הנסוגים וליווה אותם אל העיר.
לא ברור כמה חיילים רומיים הצליחו לשרוד את הנסיגה הלילית ולהגיע בשלום לחרן. נראה שמספרם לא עלה על עשרת אלפים. 4,000 הפצועים קשה שהושארו במחנה הרומאי נטבחו, או נלקחו בשבי, על ידי הפרתים, כשצבאו של סורנה חזר לשדה הקרב בבוקר 7 במאי. הפרשים הפרתיים הדביקו 4 קוהורטות של לגיונרים (כ-2,000 חיילים), בפיקוד קצין בשם וארגונטינוס, אשר ניתקו מהגוף העיקרי של הצבא הנסוג וטעו בדרך, כיתרו אותם והשמידו אותם לחלוטין לאחר קרב גבורה נואש. במשך כל היום ערכו הפרתים מצוד אחרי קבוצות של חיילים ופצועים מהלכים, שנשרכו מאחור או איבדו את דרכם. לאחר שסורנה וידא שקראסוס נמצא בחרן עם שרידי הצבא הרומאי, הוא הורה לכוחותיו לנוע אל העיר ולכתר אותה ביום השני שלאחר הקרב (8 במאי).