Между тем рязанский князь воспринял пассивность врага за неуверенность в своих силах и распорядился начинать атаку. Взвились рязанские стяги, затрепетали на ветру половецкие бунчуки, и вся огромная масса войск начала сползать с горы, медленно надвигаясь на полки Всеволода. Но, подойдя на расстояние полета стрелы, рать Глеба неожиданно остановилась. К князю вихрем подлетел Мстислав Ростиславич и, резко осадив коня, стал что-то быстро говорить, указывая рукой на противоположный берег Колокши. А там уже появились первые беглецы, которых становилось всё больше и больше, и наконец уже можно было разглядеть переяславские и владимирские стяги. Глеб был поражен и некоторое время пребывал в растерянности, но потом опомнился и велел войскам отступать.
Но было уже поздно. Видя, что наступил долгожданный миг, Всеволод опустил личину шлема и, вытащив из ножен меч, повел в бой дружину. За ним, под пение труб и выкрикивая боевой клич, пошли в бой конные и пешие полки. Рязанский князь, понимая, что битвы не избежать, отправил за Колокшу часть половцев, чтобы перехватить Владимира Глебовича, а остальную рать повел на Всеволода. Бой был жесток и скоротечен. Рязанцы сошлись с владимирцами щит в щит, а половцы съехались с суздальской дружиной и гриднями Олега и Владимира Святославичей.
В это время переяславский князь Владимир погнал толпы беглецов прямо на переходившую через Колокшу половецкую конницу, смешал её ряды и разбил вдребезги. После этого переяславская дружина зашла в тыл рати Глеба и атаковала половецкую орду. Не выдержав удара с двух сторон, половцы бросились в разные стороны, а следом за ними побежали и рязанцы. Глеб кинулся в гущу своих войск, пытаясь остановить беглецов, но его уже никто не слушал. Рязанский князь метался по полю боя и не заметил, как его окружили дружинники Всеволода. Один из них прямо с седла прыгнул на спину князя и стащил его с коня в снег. Придавив Глеба коленом, он заломил ему за спину руки, а затем ловко скрутил веревкой, брошенной кем-то из товарищей. Пленного повели к Всеволоду, а за спиной Глеба один за другим падали рязанские стяги да выла беспощадно избиваемая половецкая орда.
Битва на Колокше завершилась сокрушительным разгромом рязанских войск и половцев. В руки суздальцев попали сам князь Глеб, его сын Роман и шурин Мстислав Ростиславич. Множество рязанских бояр также угодило в плен, и среди них тот самый Дедилец, который во главе рязанского посольства мутил воду во Владимире. В числе полоняников оказался и Борис Жидиславич, знаменитый воевода Андрея Боголюбского, который всегда поддерживал Мстислава Ростиславича и вместе с ним убежал к Глебу. Было побито множество рязанских ратников, не меньшее количество их попало в полон. Что же касается половцев, то этих живыми не брали. Что и было зафиксировано в летописи: «А поганых половец всехь оружием избиша» (Пискаревский летописец). Лишь двадцати знатным степнякам оставили жизнь, чтобы в дальнейшем получить за них выкуп.
Возвращение Всеволода во Владимир-Суздальский было триумфальным. Весь город высыпал за стены встречать победителей. Первыми под сводами Золотых ворот провели свои полки Олег и Владимир Святославичи, затем протащили со скрученными за спиной руками Глеба Рязанского со всей родней и приближенными. Потом ехал Всеволод с Владимиром Глебовичем и переяславской дружиной, а остальные полки замыкали шествие. На площади у Успенского собора был совершен благодарственный молебен в честь победы над лютым врагом, после чего всех пленников развели по домам княжих мужей и посадили за крепкий караул. А затем столица погрузилась в праздничные гулянья.
По-разному сложилась судьба тех, кто попал в руки Всеволода в битве на Колокше. Сразу же после победы владимирский князь сведал о том, что Ярополк Ростиславич с поля боя удрал в Рязань. В город немедленно прибыли доверенные люди Всеволода и настоятельно порекомендовали рязанцам выдать беглеца. Шурин князя Глеба хотел уйти в леса, но не успел, был схвачен и доставлен в стольный город Владимир.
Однако в столице было неспокойно, поскольку на третий день после того, как Всеволод вступил в город, в нём полыхнул мятеж. Народ восстал поголовно — от знатных бояр и купцов до простых людей. А причина была одна — люди требовали смерти пленных рязанских князей, их родственников и приближенных. Для владимирцев князь Глеб был хуже бешеной собаки, которую необходимо убить, чтобы она тебя снова не покусала. Не мог народ простить рязанскому князю разорения своей земли и гибели тысяч ни в чём не повинных людей. Свои требования мятежники сформулировали очень четко:
