Nun traf Maxentius eine schwer nachvollziehbare Entscheidung, die sich bereits Zeitgenossen nicht erklären konnten. Anstatt in der befestigten Stadt Rom, die Konstantin nicht hätte erstürmen können, abzuwarten, suchte er die Feldschlacht. Sein Motiv ist unklar. Lactantius berichtet von Unruhen in Rom und einer günstigen Prophezeiung, die Maxentius zum Angriff ermutigt habe. Dies mögen topische Motive sein. Möglicherweise meinte Maxentius, er müsse sich nach Konstantins Anfangserfolgen als Feldherr profilieren. Jedenfalls zog er am 28. Oktober 312 Konstantin entgegen. Nördlich von Rom, an der Milvischen Brücke, kam es zur Entscheidungsschlacht. Die Brücke hatte man zuvor einreißen lassen und daneben eine Hilfsbrücke errichtet. Einige Kilometer nördlich kam es zu Vorhutgefechten, in denen die Truppen des Maxentius unterlagen, woraufhin sie zur Hilfsbrücke flüchteten. Diese Flucht scheint schließlich in offene Panik umgeschlagen zu sein, denn am Tiber selbst kam es wohl zu keiner Schlacht im eigentlichen Sinne. Vielmehr drängten die Soldaten des Maxentius nach Süden, viele ertranken im Fluss. So erging es auch Maxentius, dessen Heer sich damit auflöste. Vielleicht hatte Maxentius Konstantin in eine Falle locken wollen; dies legt zumindest der Bericht des Praxagoras nahe, wo von einem Hinterhalt des Maxentius, dem er selbst zum Opfer fiel, die Rede ist. Maxentius könnte geplant haben, Konstantins Truppen durchbrechen zu lassen, um sie dann zwischen der Stadt Rom, dem Tiber und den nördlich von Rom stehenden Verbänden einzukesseln; er könnte mit diesem Plan aber gescheitert sein, als seine Truppen ungeordnet flohen.