Русский полководец уже в 1770 г. выработал правила построения войск для нападения на турецко-татарскую армию. По замыслу Румянцева, каждая дивизия («корпус») строилась в каре, в котором «боковые фасы половину фрунтового фаса имели». Углы каре предписывалось занять гренадерам ближайших к ним полков. Несколько каре образовывали боевую линию, а на флангах располагались егерские каре. Атаку надлежало производить скорым шагом («поспешно») под звуки музыки.
Турки заметили неподвижность армии Румянцева, но думали, что она происходит от осознания собственной обреченности. В 10 часов утра 20 июля турецкая армия снялась со своей позиции и двинулась к селению Грачени. Румянцев наблюдал это движение с высокого холма. При виде турецкой армии, остановившейся к вечеру в двух верстах не доходя Траянова вала и выбирающей позицию, Румянцев – несмотря на малочисленность своей армии, в которой после отвлечения до 6000 человек на прикрытие обозов оставалось всего 17 000 человек – сказал окружавшему его штабу: «Если турки осмелятся в этом месте разбить хоть одну палатку, я их атакую в эту же ночь».
Турецкая армия разбила свой лагерь в семи верстах от русских войск, на левом берегу реки Кагул, близ ее устья. После рекогносцировки русской позиции 19 июля визирь составил следующий план атаки: имитируя наступление на центр русской армии, все главные силы устремить на левое крыло, стараясь опрокинуть русских в реку Кагул. При звуке выстрелов крымский хан должен был перейти реку Сальчу и всеми своими силами ударить с тыла. По сведениям, полученным от пленных, визирь и хан планировали атаку на 21 июля.
Румянцеву было необходимо атаковать турок прежде, чем татары успеют напасть с другой стороны. Поэтому в час ночи на 21 июля русские войска выступили с позиции и, соблюдая тишину, проследовали к Траянову валу. Во время этого движения в турецком лагере произошла фальшивая тревога со стрельбой, но затем вновь восстановилось спокойствие. На рассвете русская армия перешла Траянов вал и выстроилась в линии. Когда турки заметили атакующих, они послали массы конницы, которая растянулась перед всем русским фронтом и повела атаку. Русские силы остановились и открыли огонь. Особенно эффективен был огонь артиллерии. Когда артиллерия отбила атаку на центр, турки переместили удар вправо для усиления атаки на колонны генерала Брюса и князя Репнина. Воспользовавшись лощиной между этими каре, турки окружили их со всех сторон.
В это время Румянцев отправил резервы из атакованных колонн для занятия лощины и создания угрозы турецким путям отступления к лагерю и ретраншаментам. Этот маневр удался: турки, боясь потерять пути отступления, бросились из лощины к ретраншаменту под картечным огнем русской артиллерии. При этом остальная турецкая конница, атаковавшая каре на правом и левом флангах, также поспешно отступила. Неуспех сопутствовал туркам и на левом их фланге, где генерал Баур не только отбил атаку, но и перешел в наступление и под огнем успешно штурмовал 25-пушечную батарею, а затем захватил и ретраншамент, овладев 93 орудиями.
Отразив турецкую атаку, русские войска в 8-м часу утра двинулись к главному ретраншаменту турецкого лагеря. При подходе русских войск турки открыли огонь по каре генералов Олица и Племянникова. При подходе каре Племянникова к ретраншаменту около 10 000 янычар спустились в лощину между центром и левым флангом укрепления и ринулись на каре, ворвались в него и смяли некоторые части. Каре было расстроено, янычары захватили два знамени и несколько зарядных ящиков, русские солдаты спасались бегством, пытаясь укрыться в каре генерала Олица и тем приводя его в беспорядок.
Заметив это и опасаясь за участь каре, Румянцев обратился к принцу Брауншвейгскому, бывшему поблизости, и спокойно сказал: «Теперь настало наше дело». С этими словами он поскакал из каре Олица к бегущим войскам Племянникова и одной фразой: «Ребята, стой!» – удержал бегущих, которые остановились и сгруппировались около Румянцева. Одновременно по янычарам открыла огонь батарея Мелиссино, с двух сторон их атаковала кавалерия, а генерал Баур, уже вошедший в ретраншамент, отправил от себя батальон егерей для атаки янычар слева и для продольного обстрела рва перед ретраншаментом, в котором также засели янычары. После замешательства, произведенного взрывом зарядного ящика, 1-й гренадерский полк бросился в штыки. Янычары были обращены в бегство, кавалерия стала их преследовать. В это же время каре были приведены в порядок, фланговые колонны заняли весь ретраншамент и отбили захваченные турками знамена. После потери укреплений, артиллерии и обозов турки увидели, что корпус князя Репнина заходит им в тыл, в 9 часов утра оставили лагерь и обратились в бегство под фланговым огнем корпуса Репнина.
Медаль «За победу при Кагуле».
Иваззаде Халил-паша с саблей в руке пытался остановить бегущих, но все его слова пропадали даром. Объятые паникой османские воины кричали в ответ Иваззаде Халил-паше: «Нет сил сбить русских, которые поражают нас огнем, как молнией». Находившийся позади султанского войска Мустафа-паша рубил отходящим уши и носы, но и это средство не смогло прекратить беспорядочное бегство турок.
Усталость солдат, бывших на ногах с часу ночи, не позволила русской пехоте продолжать преследование далее четырех верст, после чего преследование продолжалось кавалерией. По окончании сражения Румянцев занял позицию позади бывшего турецкого лагеря.
Русские трофеи состояли из 140 пушек на лафетах со всеми принадлежностями, всего турецкого багажа, обозов и лагеря. Даже денежная казна визиря была оставлена в ходе битвы. Потери турок были велики: только на поле перед ретраншаментом и в лагере было собрано 3000 убитых. На пути отступления на расстоянии до семи верст лежали груды тел. По «умеренному счету» турки потеряли до 20 000 человек. Российские потери составили: убитыми 353 человека, без вести пропавшими 11, ранеными 550 человек. В донесении о победе, отправленном с бригадиром Озеровым, 1-й Гренадерский полк которого решил победу, Румянцев написал: «Да позволено мне будет, всемилостивейшая государыня, настоящее дело уподобить делам древних римлян, коим ваше величество мне велели подражать: не так ли армия вашего императорского величества теперь поступает, когда не спрашивает, как велик неприятель, а ищет только, где он».
За Кагул Петр Александрович стал первым в истории России кавалером ордена Святого Георгия I класса. После этой победы Румянцев шел по пятам неприятеля и последовательно занял Измаил, Килию, Аккерман, Браилов, Исакчу. Своими победами оттянул главные силы турок от Бендерской крепости, которую 2 месяца осаждал и которую взял штурмом в ночь на 16 сентября 1770 г. граф Панин.
В 1774 г. с 50-тысячным войском граф выступил против 150-тысячной турецкой армии, которая, избегая битвы, сосредоточилась на высотах у Шумлы. Румянцев с частью своего войска обошел турецкий стан и отрезал визирю сообщение с Адрианополем, что вызвало в турецкой армии такую панику, что визирь принял все мирные условия. Так заключен был Кучук-Кайнарджийский мир, доставивший Румянцеву фельдмаршальский жезл, наименование Задунайского и 10 000 крепостных крестьян. Императрица увековечила победы Румянцева памятниками-обелисками в Царском Селе и Санкт-Петербурге, а граф Шереметев поставил также колонну-памятник в своем подмосковном имении Кусково.