A császári sereg vitathatatlan technikai fölényben volt, ezt az 1689-ben kinevezett nagyvezír, Köprülü Musztafa is tudta. Ezért serege létszámát igyekezett növelni, hogy megfelelő súlyt képezzen a jobban felszerelt és kiképzett császáriakkal szemben.

A szultán, III. Szülejmán is támogatta ebbéli igyekezetében, így végül Köprülü Musztafa nagyjából 100.000 főnyi hadat tudott összeszedni. Vele szemben Badeni Lajos, a császári hadak fővezére vonult 45.000 fős seregével Budáról a Duna partján Zimony felé.

Június végén már 30.000 török harcos állt készenlétben Nándorfehérvárnál, akik Zimonynál megerősített tábort építettek a közeledő fősereg számára. Július végén Lajos őrgróf, akit a kortársai csak „Türkenlouis” –nak hívtak, július 20-án indult el Eszékről, miután hírt kapott a török csapatmozgásokról. Július 29-én már Pétervárad alatt állt. Az előrenyomuló török sereg közben bevette Titelt, a vár őrségét lemészárolták. A nagyvezír 300 francia hadmérnököt is hozott magával, valamint Thököly 600 kuruccal szintén mellette tartózkodott. A zimonyi táborban mintegy 100.000 török katona gyűlt össze, és 200 ágyú védte a sáncokat.

Badeni Lajosnak fele akkora serege volt, igaz, fegyelmezett, harcban edzett katonákkal, velük szemben a török had főként újoncokból állt, ezért is építtetett Musztafa pasa sáncokat a védelmükre.

Augusztus 4-én a Habsburg-sereg megindult Péterváradról, de a forróságban csak lassan haladva 12-én közelítette meg a zimonyi sáncokat. A jól kiépített, kétszer annyi katonával védett erődrendszert Badeni Lajos nem merte megtámadni, 14-én inkább félórányi távolságba visszavonult. A nagyvezír azonba nem dőlt be a cselnek, nem mozdult ki a sáncokból. Lajos ezért 16-17-én seregét Szalánkeménig vonta vissza, ekkor már a török lovasság folyamatosan a nyomában volt.

Amikor Musztafa meggyőződött arról, hogy Lajos valóban visszavonult, ő is kimozdult erődített állásából, és észak felé indult. Közben szétmorzsolt egy leszakadó dragonyosezredet és 250 élelmiszerrel megrakott kocsit is zsákmányul ejtett.

Lajos őrgróf csatarendbe sorakoztatta ezredeit, a balszárny a Dunára, a jobbszárny a Verdnik-hegy lejtőire támaszkodott. Előnyös helyzetben várhatta tehát a csatát, amikor 17-én megérkezett a nagyvezír serege, azonban egy éjszaka alatt minden megváltozott.

Thököly és a francia tisztek tanácsára Musztafa megkerülte a császári sereget és Szalánkeméntől nyugatra állt fel, táborát a magasabb terepen jól körülsáncolva. 18-án reggelre a császáriak megdöbbenve észlelték, hogy az ellenség a hátukba került és elvágta őket a péterváradi élelmi bázisuktól. Musztafa a sáncokban maradó gyalogság vezérletét magának tartotta fenn, míg a lovasságot Thökölyre, illetve Ibrahim szeraszkerre bízta.

Lajos őrgróf, amint észlelte a török arcvonalváltást, parancsot adott a 180 fokos fordulatra. A Dunára támaszkodó jobbszárnyat Souches tábornagyra, a balszárnyat a szintén tapasztalt Dünnewald altábornagyra, míg a tartalék vezérletét Károly holsteini hercegre bízta. A balszárny harmadik sorát a magyar Zichy- és Batthyány-huszárok, illetve a rácok alkották.

Augusztus 19-én, délután 3 órakor Badeni Lajos támadást parancsolt. A sáncokhoz legközelebb álló Souchesnak jutott a feladat, hogy a sáncokat bevegye, míg a balszárny leköti az ellenséges lovasságot. Souches ágyúi a mellvédeket lőtték, 80 török ágyú tüze válaszolt rá. Gyalogosai 200 lépésre megközelítették a sáncokat, sőt néhány zászlót már ki is tűztek a mellvédekre, ekkor azonban Souches halálos lövést kapott. A janicsárok ezt kihasználva visszaűzték a császáriakat, és kitörve a sáncokból körülzárni igyekeztek az ellenséget. Holstein hercegének lovasai végül visszaverték a janicsárokat.

Souches helyét Guido Starhemberg vette át, bár ő maga is nyílvesszőtől a mellén sérült, két rohamot vezényelt a sáncok ellen, de mindhiába. A beásottan védekező janicsárok halálos tüze elől a császáriak rendre visszahúzódtak.

Az Ibrahim pasa által vezetett török lovasság is támadásba lendült a középhad ellen, amelynek nyomán itt is véres kézitusa vette kezdetét. Ekkor esett el Zrínyi Miklós költő és hadvezér fia, Zrínyi Ádám ezredes is. A válságosra forduló helyzetből a brandenburgi gyalogság parancsnoka, Baarfuss altábornagy csapata mentette meg a császári ezredeket. Halált megvető bátorsággal rontottak a török lovasságra, és ezzel megállították az előretörő török lovasságot.

Ebben a kritikus pillanatban észlelték, hogy Mezzomorto (félhalott) Husszein pasa, a török dunai hajóhad parancsnoka megtámadta a császári flottát és visszaűzte azt Pétervárad felé. Badeni Lajos utolsó menedékét is elvágta ezzel.

Az este is közeledett, ideje volt döntésre vinni az ütközetet. Az eddig még jórészt sértetlen balszárnyra várt a feladat, hogy megfordítsa a csata sorsát. Badeni Lajos ide lovagolt és személyesen parancsolta meg Dünnewaldnak a támadást. A lovasság egy része oldalba, a magyar huszárok és rácok pedig az ellenséget nagy ívben megkerülve hátba támadták a törököket és betörtek a sáncba. Ez a váratlan ellentámadás a már-már győztesnek tűnő török seregben óriási zavart idézett elő.

A sáncok mögötti védekezést személyesen irányító, fekete ködmönös Köprülü Musztafa így bíztatta megingó katonáit: „Gyávák! Kik sem győzni, sem meghalni nem tudtok, tanuljatok tőlem és kövessetek!” Ezalatt a császári seregnek mindenütt sikerült betörni a sáncok mögé, sőt a lovasság a Dunán való visszavonulás útját is elvágta. Egy golyó leterítette a hősiesen küzdő nagyvezírt, elesett Ibrahim pasa is, valamint tizenkét másik pasa, a janicsárok agája, rengeteg tiszt és vagy 20.000 török harcos. Thököly megmenekült. A győzelem azonban nagy árat követelt a császáriaktól is. 7000 katona halálával sikerült csak kivívni a diadalt a méltán a „század legvéresebb csatájá” –nak nevezett összecsapásban. Badeni Lajos ezért nem volt képes üldözni a menekülő török sereget, hanem észak felé vonult, hogy hozzákezdjen Nagyvárad elfoglalásához.

Egész Európa ünnepelte a győzelmet, Badeni Lajost I. Lipót császár és király Generalleutenantnak, azaz az uralkodót helyettesítő fővezérnek nevezte ki, és megkapta Győr katonai kormányzóságát. A spanyol király pedig elküldte számára az Aranygyapjas rendet.

Dünnewald pár nappal később halt meg, mérgezés és agyvérzés is felmerült halála okaként. Az új szultán, II. Ahmed több pasát is kivégeztetett, akit a vereségért felelőssé tett.