ב-22 באוגוסט הודח פריטוויץ מן הפיקוד על הכוחות במזרח פרוסיה, ואל החזית הובהלו הגנרל בדימוס פאול פון הינדנבורג שקיבל על עצמו את הפיקוד על הכוחות, לאחר שפרש משירות צבאי פעיל מספר שנים לפני כן, וראש המטה אריך לודנדורף אשר זה עתה סיים בהצטיינות את כיבוש המבצר הבלגי בעיר לייז'. עם הגיעם אל שדה הקרב, התקבלו על ידי הקולונל מקס הופמן, שפרש בפניהם תוכנית נועזת. אל מול הארמייה של רננקמפף בצפון, יושאר אך מסך שתפקידו יהיה לעכבה, והארמייה השמינית תטיל את כל כוחותיה להשמדת הארמייה של סמסונוב בדרום. תוכנית זו התבססה על העובדה כי כוחות של הארמייה השמינית, בפיקודו של הגנרל הרמן פון פרנסואה, כבר היו במצב בו יכלו לנתק את נתיבי האספקה של סמסונוב, עקב סירובו של פרנסואה לפקודה שקיבל מפריטוויץ לסגת בשלב מוקדם יותר של המערכה.
בינתיים, פעלו הכוחות הרוסיים כמסייעים לתוכנית זו. כוחותיו של רננקמפף האטו מאוד את התקדמותם, בעוד כוחותיו של סמסונוב האצו את ההתקדמות, שכן סברו שהם רודפים אחר אויב מובס. מניתוח של המצב בשדה ושל דוחות מודיעין, ראו המפקדים הגרמנים כי רננקמפף לא יהיה במצב בו יוכל לסייע לכוחותיו של סמסונוב משיפתחו הגרמנים במתקפה.
מאז ה-22 באוגוסט נסוג האגף הימני של הארמייה השמינית הגרמנית, הקורפוס ה-20 תחת פיקודו של גנרל פרידריך פון שולץ, מול עליונות הקורפוסים ה-13 וה-15 הרוסים. הגרמנים נסוגו לצפון מערב דרך קו אוסדאו-ניידנבורג. בערב ה-23 באוגוסט נכנסה הדיוויזיה ה-37 בין להנה לאורלאו לקרבות ראשונים עם החלוץ הרוסי. באגף השמאלי תוגבר הקורפוס ה-20 על ידי דיוויזיית המילואים ה-3 של גנרל קורט פון מורגן, שהתקדמה מאלנשטיין דרך הוהנשטיין. למחרת קיבל שולץ הוראה להחזיק בתפקידו החדש במגננה בין גילגנבורג לטננברג, עד להגעת קורפוס המילואים ה-1 והקורפוס ה-17 בעורף האויב. לבסוף, לאחר מסע הרכבת הארוך דרך דויטש-איילאו, התמקם הקורפוס הראשון של הגנרל הרמן פון פרנסואה באגף הימני של הארמייה השמינית הגרמנית, מבלי שכוחות הסיור של הקורפוס ה-1 הרוסי שמו לב לכך.
קרב טננברג.
ב-26 באוגוסט, החלה ההתקפה של הקורפוס הגרמני ה-1, הגנרל פון פרנסואה היה אמור לכבוש את סיבן ואוסדאו. הקורפוס ה-20 היה צריך לתמוך בהתקפה עם האגף הימני שלו. גנרל פון שולץ הורה על הדיוויזיה ה-41 בפיקודו של לאו זונטאג לתקוף את הקו בין גנסהורן ל-Gross Gardienen, כאשר הדיוויזיה ה-37 משמאל לוקחת חלק בהתקפה. הדיוויזיה ה-1 בפיקודו של ריכרד פון קונטה הגיעה לטאיטשקן בסביבות השעה 8 בבוקר, הדיוויזיה ה-2 בפיקודו של אדלברט פון פאלק הייתה לפני בסביבות השעה 10 בבוקר בגרוס קושלאו. בערב התייצבה הדיוויזיה ה-2 ממזרח לגרלאו, ואילו הדיוויזיה ה-1 התייצבה על קו מיישניץ – גרוס גריבן. הגנרל פון פרנסואה לא איפשר להתקפה נוספת על אוסדאו באותו יום. הוא נימק את היסוסו בכך שהארטילריה שלו עדיין לא התקרבה מספיק לעמדות הזינוק ושלא יכול היה להיות אחראי להתקפה שהוזמנה מוקדם מדי. כתוצאה מכך, חיילי המרכז הרוסיים, שלא היו מודעים לסכנה המאיימת על האגף השמאלי שלהם, נדחקו עוד ועוד פנימה לפי הוראת המטה הקדמי.
גנרל סמסונוב הורה על התקפת המרכז שלו - הקורפוסים ה-23 וה-15 בפיקודם של הגנרלים מרטוס וקונדרטוביץ' - בניידנבורג. הקורפוס ה-1 תחת פיקודו של הגנרל ארטמונוב היה אמור לכסות את האגף השמאלי שלו במלאווה. הקורפוס הרוסי ה-13 בפיקודו של גנרל קלוייב הסתער על אולשטין וכבש את העיר הזו ללא קרב.
נגד הכוחות הגרמנים הנסוגים צפונה, הקורפוס ה-6 בפיקודו של גנרל בלגוובשצ'נסקי התקדם לפאסנהיים, שם כבר התהפכו האירועים. הקורפוס הרוסי ה-6, היחידה המזרחית ביותר של הארמייה הרוסית השנייה, התקדמה הכי הרבה צפונה באזור בישופבורג. אולם, לפי פקודות סמסונוב, היה עליה רק לכסות את התקדמות היחידות המרכזיות, ובלגובשצ'נסקי לא היה מוכן לפגוש יריב חזק יותר. כעת לבדו בין לאוטרן ל-Gross-Bössau הוא התמודד מול שני קורפוסים גרמניים - הקורפוס ה-17 של אוגוסט פון מקנזן (הדיוויזיות ה-35 וה-36) וקורפוס המילואים ה-1 של פריץ פון בלוב (דיוויזיות המילואים ה-1 וה-36), שנכנס לקרב מצפון-מזרח לאחר שגומבינן נסוג. שני המפקדים הגרמנים הצליחו לנצל את עליונותם המקומית של שניים לאחד ובקרב אגם בוסאו ב-26 באוגוסט, אילצו את הקורפוס הרוסי לסגת בצורה לא מסודרת.
ב-27 באוגוסט, הגנרל פרנסואה, לאחר שקיבל ביקור אישי מלודנדורף, חידש את ההתקפה על אוסדאו. האגף השמאלי של הקורפוס ה-1 הוחזק על ידי הדיוויזיה ה-2, שתקפה את אוסדאו מדרום-מערב. על האגף הימני השתלטה הדיוויזיה ה-1, שנתקלה באוסדאו ממערב ומצפון מערב. דיוויזיה נוספת בפיקודו של הגנרל אגון פון שמטאו הייתה אמורה לתמוך בהתקפה של ברגלינג. הודות לעליונות חומרית פרץ הקורפוס הגרמני ה-1 את עמדות הקורפוס הרוסי ה-1 הבלתי מוכן, שהחל אז לסגת לכיוון דרום. הדיוויזיה ה-1 התקדמה לגבול ליד סולדאו בשעות הערב. הדיוויזיה ה-2 הגיעה לניידנבורג ויזמה את כיתור מרכז האויב מדרום.
לודנדורף עצמו הופתע מההצלחה המהירה של האגף הימני של חזית ההתקפה שלו. הוא זיהה מיד את האפשרות לכתר את הארמייה השנייה הרוסית, אך הוא דחק בגיבוש מכיוון שהחלקים המרכזיים של הארמייה של סמסונוב כבר הפעילו לחץ חזק על עמדות ההגנה של הקורפוס של שולץ באלנשטיין ולכן היה סיכון שהקווים הגרמנים במרכז עלולים להיפרץ. קורפוס המילואים ה-1 הופנה אפוא ימינה על מנת ליצור קשר עם הכוחות הנאבקים במרכז יחד עם דיוויזיית הלנדווהר ה-1 בפיקודו של גאורג פון דר גולץ ליד אלנשטיין. בנוסף, דיוויזיית המילואים ה-3 בפיקודו של קורט פון מורגן, שנעה באגף השמאלי של הקורפוס של שולץ, תקפה מזרחה, יחד עם הדיוויזיה ה-37 בפיקודו של הרמן פון שטאבס, את עיקר הקורפוסים ה-13 וה-15 הרוסים שנערכו בהוהנשטיין. במקביל, האגף הימני של הקורפוס ה-20 עם הדיוויזיה ה-41, באמצעות התקפה ליד ואפליץ יזם את ניתוק הקורפוס ה-15 הרוסי שהיה בנסיגה בניידנבורג, אך ספג אבדות כבדות בתהליך.
רק הקורפוס ה-17 המשיך כעת לדחוף את הכיתור המזרחי באזור ממערב לאורטלסבורג לדרום. גם האגף השמאלי בפיקודו של הגנרל פון פרנסואה קיבל פקודות מלודנדורף לעצור את התקדמותו וגם לוותר על כוחות לגזרה המרכזית, אולם הוא סירב לפקודה זו והתעלם ממנה.
ב-28 באוגוסט, חלקים מהדיוויזיה ה-1 התאחדו ממערב לווילנברג עם המשמר המקדים של הדיוויזיה ה-35 מהקורפוס ה-17. הארמייה הרוסית השנייה, שהייתה אמורה למעשה לנתק את הנסיגה הגרמנית המשוערת, כותרה בעצמה.
המהלך ניתק את הרוסים מאספקה, והידיעה שיחידות גרמניות חוסמות את הנסיגה התפשטה כמו אש בשדה קוצים בין אנשי הצאר. נוסף על הבלבול שנוצר מהלם זה, שאר היחידות התפזרו בכיס במהלך הלחימה עצמה, וסמסונוב לא הצליח ליצור קשר עם חייליו. יחידות קטנות יותר ניסו באופן ספונטני לפרוץ החוצה, ואפשרו ל-10,000 איש להימלט דרך הקו הדק של הכוחות הגרמניים, אך עיקר הצבא, שהיה לא מאורגן ומדוכא, נכנע. חיילים רבים חשו שהם נבגדו על ידי מפקדיהם.
אולם ב-30 באוגוסט, התקבל דיווח הן לפיקוד העליון של הצבא (AOK) והן לגנרל פרנסואה כי הקורפוס הרוסי ה-1 צועד שוב צפונה ממלאווה ונמצא במרחק של כ-6 ק"מ מניידנבורג כדי להקל על הצבא הלכוד. למרות שה-AOK פרס את כל הכוחות הזמינים, הכוחות הרוסים לא יכלו להגיע עד ה-31 באוגוסט. המצב נשלט על ידי הגנרל פרנסואה: מדרום לניידנבורג הוא הטיל את כל החיילים הזמינים (קבוצת שלים ופון מולמן) לעבר האויב חזיתית, מבלי לוותר על הכיתור בצפון, ובעקבות כך נסוגו חיילי הסיוע הרוסים.
בליל ה-30 באוגוסט התאבד הגנרל סמסונוב ביריה, והדבר חתם את הגולל על תבוסה רוסית כבדה. הארמייה השנייה נמחתה מעל האדמה. נלקחו כתשעים אלף שבויים, ושלושים אלף רוסים נהרגו.
הגרמנים כינו את הקרב "קרב טננברג" על שם עיירה באזור, שבה התקיים ב-1410 קרב היסטורי בין האבירים הטבטונים ובין כוחות סלביים (קרב גרונוולד, שנקרא בגרמניה גם "קרב טנברג"). בקרב זה הייתה התוצאה שונה לחלוטין, וכוחות פולנים וליטאים ניצחו את הכוחות הטבטוניים. אחד מאבות משפחתו של הגנרל הינדנבורג נהרג בקרב זה. להסבת השם "קרב טננברג" מאירוע של מפלה לאירוע של ניצחון היה אפקט תעמולתי מרומם.
תוצאות הקרב.
הקרב עצר את הפלישה לפרוסיה המזרחית. הגנרל רננקמפף שכוחותיו בצפון לא נפגעו, החל בנסיגה, שהפכה למרדף המכונה הקרב הראשון על האגמים המזוריים. למעשה, כבר בשלב זה הוכרעה המלחמה במזרח לטובת גרמניה. מכאן ואילך לא היה ביד רוסיה לנצח במלחמה. הדבר הביא לתסיסה בצבא הרוסי, אשר הביאה בסופו של דבר למהפכה הרוסית, ולחוזה השלום הנפרד בברסט-ליטובסק, ב-1918.
תוצאה הרסנית אחת של הקרב היא כי ההיסטריה הגרמנית מפני אובדן פרוסיה המזרחית הביאה להסטת גייסות מחזית המערב (שני קורפוסי חי"ר ודיוויזיית פרשים סך הכול כ-100,000 איש), אל חזית המזרח (אף כי גייסות אלו לא הגיעו בזמן כדי להשתתף בקרב), ולמעשה לאחת הסטיות העיקריות מתוכנית שליפן. זו לא בוצעה כלשונה על ידי הרמטכ"ל הגרמני החששן וההססן, ולבסוף, נופצה כליל בקרב על המארן כאשר בעקבותיו המלחמה הפכה ממלחמת תנועה, למלחמת חפירות.
הקרב הביא לפרסומם של הגנרלים פון הינדנבורג ולודנדורף כאנשי מלחמה בלתי מנוצחים ולנסיקת הקריירה של לודנדורף עד לפיקוד על הצבא בסיום המלחמה, והקריירה של הינדנבורג כנשיא גרמניה, בתקופת רפובליקת ויימאר ולאחר מכן בימיו הראשונים של שלטון המפלגה הנאצית.