Семпроний бездумно попал в ловушку. Он отправил свою кавалерию напасть на нумидийцев, велев, чтобы 6 тысяч пеших лучников следовали за своими конниками, наконец, лично вывел оставшуюся часть своей армии из укрепленного лагеря. Успех предыдущего дня сделал его слишком самонадеянным.

Тогда стояла зима, было очень холодно, и вдобавок римляне были голодны. Ганнибал ожидал их на выбранном им для боя месте, его люди были одеты тепло, отдохнули и готовы к бою. Кроме всего прочего, Семпроний повел своих людей через разлившуюся реку, его армия ослабла от холода и вступила в генеральное сражение, когда река оказалась в его тылу.

Сражение при Треббии на деле подтвердило, что своим успехам Ганнибал был обязан многочисленной и хорошо управляемой кавалерии. Когда римляне стали преследовать нумидийцев через реку, Ганнибал отправил на помощь своей кавалерии легковооруженную пехоту и пращников с Балеарских островов, всего около 8 тысяч, а затем двинулся и сам с основным войском. Его пехота, состоявшая из галлов, испанцев и африканцев, численностью в 20 тысяч человек, была построена в одну линию фалангой. Боевые слоны и кавалерия, включая и союзников из Галлии, численностью в 10 тысяч человек, поровну разделилась между флангами. (Всего у Ганнибала было 30 тыс. пехоты и 10 тыс. конницы.)

Полибий пишет, что Семпронию Лонгу пришлось собирать свою кавалерию, попусту растратившую силы на нумидийцев, оказавшихся искусными наездниками, «разбегавшимися в беспорядке при первом столкновении и тут же храбро возвращавшимися для нанесения нового удара». Свою пехоту римский консул построил следующим образом: в центре римская пехота, справа и слева от нее пехота союзников, кавалерия общим числом в 4 тысячи человек была построена на флангах – на правом фланге союзная конница, на левом римская конница. Всего римское войско насчитывало 32 тысячи пехоты и 4 тысячи конницы.

Римские велиты почти сразу отступили под ударом легковооруженных карфагенских пехотинцев, поскольку израсходовали почти все свои дротики и стрелы во время стычек с нумидийцами, продолжавшихся с раннего утра. Затем в бой вступили основные силы, и тут карфагенская конница, более многочисленная и стремительная, так сильно обрушилась на римскую кавалерию, что та тотчас была рассеяна и в смятении бежала с места сражения.

Следовавшие за тяжелой конницей нумидийцы и легкая пехота бросились на оставшиеся незащищенными стоявшие на флангах части римских легионов и привели их в беспорядок. В довершение разгрома Магон, выскочивший из засады, ударил легионам в тыл. Развернувшаяся карфагенская конница опрокинула фланги римлян, их конница и велиты были отброшены за реку.

Но тяжеловооруженная римская пехота, стоявшая в центре, оказалась вполне достойной своей славы и двинулась на наступавшую в полном порядке карфагенскую фалангу, ибо Ганнибал не торопился начинать бой в центре. Резервы и фланги римлян были уничтожены; с тыла им угрожали войска, бывшие в засаде; по всей местности рыскали победоносные неприятельские всадники, полноводная река отделяла римлян от лагеря. Но, беспрекословно повинуясь приказу консула, никто и не подумал о сдаче. Легионы сомкнулись теснее, двинулись вперед, прорвали весь центр карфагенской армии и пробились к Плаценции. На другой день в город прибыл Сципион, прошедший ночью мимо карфагенского лагеря с собранными остатками войск.

Сражение примечательно демонстрацией удивительных боевых качеств римских тяжеловооруженных легионеров, а также высокой боеспособности карфагенской конницы. Без сомнения, никто не сомневается и в том, что своим успехом Ганнибал был обязан исключительно своей превосходной кавалерии.