雙方部署
雙方指揮官都十分重視側翼，希望通過側翼進攻打敗對方。由於戰鬥在埃尼珀斯河邊展開，愷撒的左翼以及龐培的右翼都臨近河岸，使得彼此都無法在這一側發動側翼迂迴攻擊，因此雙方都在另一側(即愷撒的右翼、龐培的左翼)部署了更多的力量，而戰役最重要的部分也是在這裏展開的。
龐培把他幾乎所有的騎兵部隊以及由投石手、弓箭手所組成的輕型部隊部署在了其左翼，希望能通過他佔優勢的騎兵部隊獲得勝利。愷撒則把他的騎兵部署在了其右翼，正對龐培的騎兵。此外，他還異乎尋常地從各軍團共抽調了6個最精銳的步兵大隊，組成了第四線，以一定角度部署在主要步兵方陣的後側面對敵人的騎兵，並提醒他們勝負就取決於這幾個步兵大隊的勇敢了。同時，他還命令第三線在沒有他命令的情況下不得出動。龐培則將其步兵排成10排，以防出現潰逃。
戰鬥經過
部署完畢後，雙方間留下的距離剛好夠雙方步兵發起衝鋒，但是龐培事先命令士兵不得出擊(有悖於當時的常規)，據說他是使用了蓋尤斯·特里阿里烏斯的疲兵之計，想讓愷撒的部隊奔跑雙倍距離。但也可能是對自己軍隊的作戰能力、士氣以及遵紀等諸方面缺乏信心。這一戰術被愷撒經驗老道的百夫長們看穿了，因而在半路上叫停了衝鋒，並重整了隊伍，稍事休息再重新發起攻擊。
在河岸一側，輕步兵在重裝步兵接陣之前就已經發生了小規模的戰鬥。提圖斯·拉比厄努斯領導的龐培騎兵發起了衝鋒，大量投石兵和弓箭兵緊隨其後，成功擊退了愷撒陣中主要由高盧人和日耳曼人組成的騎兵以及輕步兵部隊。但是，當遇到愷撒的重裝步兵組成的第四線部隊時，拉比厄努斯被擊退了(愷撒事先要求其士兵將長矛戳入騎兵的面頰，而不是像通常那樣把其作爲標槍投擲出去)，騎兵們潰退到了周圍的山腳下。投石兵和弓箭手則被丟下，孤立無援地遭受殲滅。此時，愷撒將第三線部隊投入了正面戰鬥，幾乎同時愷撒的第四線部隊轉向開始從側翼進攻龐培。面臨正面及側後夾擊的危險，龐培預感到失敗已迫在眉睫，因而逃離了戰場。共和派軍隊潰不成軍，愷撒很快便洗劫了龐培的營地，並控制了其殘部。
雙方損失
據普魯塔克引述蓋烏斯·阿西尼烏斯·波利奧的記載，在這場戰役中，愷撒損失了1,200餘人，而龐培方面損失了約6,000人。
但據愷撒的《內戰記》記載，此役他只損失了30名百夫長及不到200士兵，而龐培卻有15,000人陣亡，24,000人被俘，180面軍旗和9支軍團鷹徽被繳獲。
這場戰役是羅馬內戰中的決定性戰役，龐培幾乎全軍覆沒，僅以身免。羅馬境內再無可以和愷撒抗衡的勢力，愷撒成爲羅馬共和國的實際最高統治者。
戰後龐培逃亡埃及，併爲托勒密十三世所殺，前三頭同盟就此結束。而羅馬內戰並未結束，以龐培的兩個兒子爲首的貴族共和派繼續在埃及及亞非利加行省等地繼續與愷撒及其後繼者馬克·安東尼、屋大維斗爭了數年。追趕龐培來到埃及的愷撒則在此處遇到了人稱“埃及豔后”的克利奧帕特拉七世。前44年，已被任命爲終生獨裁官的愷撒爲馬爾庫斯·尤尼烏斯·布魯圖等人所殺。
