Al saber Suchet en Zaragoza que el ejército español, a pesar de la derrota sufrida en María (15 de junio) había permanecido todo el día 16 en Botorrita, a sólo una legua del campo de batalla, no habiendo dado resultado alguna la persecución que encargó al general Laval, salió él en persona en su seguimiento, llegando el 17 a Puebla de Albortón y el 18 se encontraron de nuevo ambos ejércitos en Belchite. El español se componía de 11 ó 12.000 hombres, completamente desmoralizados por la desgracia anterior y por las penalidades y privaciones que experimentaron después de la derrota; el francés, muy superior en número, envalentonado y orgulloso con su reciente triunfo.
Situó Blake su derecha en el cerro del Calvario, alargando su línea por el borde de la meseta, y la escasa caballería con que contaba se apostó delante, en el llano, para observar a los franceses por el camino de Zaragoza; el centro, en la misma villa de Belchite, apoyado en el convento de Santa Bárbara, situado en una altura que la domina, y la izquierda, formada en varias líneas, se corría por las estribaciones inmediatas en dirección a la ermita del Pueyo, demasiado distante para poder ser ocupada sin debilitar la línea en el centro. Los olivares que había al frente se guarnecieron con grupos de tiradores para tener alejados a los franceses a su aproximación.
Estos aparecieron por las alturas de la Puebla de Albortón, donde desde luego muestras de dirigir el ataque principal contra nuestra izquierda, que a pesar de estar tan reforzada, era realmente la parte más débil, mientras el general Habert amagaba desde lejos la derecha y otras tropas hacían una demostración sobre el centro escaramuceando con los tiradores apostados en los olivares. Las fuerzas de la izquierda no trataron tan siquiera de resistir al enemigo cuando la división del general Musnier amenazó su flanco, y buscaron el apoyo del centro, agrupándose alrededor de Santa Bárbara y de Belchite, en formación bastante defectuosa y alterando profundamente el primitivo orden de batalla. Contestaron, no obstante, los nuestros con serenidad y calma al fuego de sus adversarios, cuya audacia subió de punto al ver el repliegue desordenado de la izquierda; y aun cuando el combate no había empezado con mucha fortuna para los españoles, parecía, sin embargo, que estaban animados del mejor espíritu y dispuestos a pelear dignamente sosteniendo el honor de las armas; mas, por desgracia, una granada enemiga produjo el incendio de algunos carros de municiones que volaron con horrible estruendo, llenando de pavura a las bisoñas tropas más cercanas. Estas huyeron en desorden, perdieron otras la serenidad, cundió el miendo y muy pronto a la dispersión y fuga de las del centro siguió la huida de las de la derecha, presas todas de un terror pánico, atropellados y arrastrados por los fugitivos muchos valientes jefes y oficiales que quisieron remediar aquella espantosa confusión. Sólo quedaron en el campo de batalla, tan ignominiosa y cobardemente abandonado, los generales Blake, Lazán y Roca y contados oficiales, los cuales tuvieron también que retirarse mal de su grado, tristes y avergonzados, camino de Alcañiz, hasta donde avanzó Suchet el mismo día 18. Las bajas en muertos, heridos y prisioneros fueron muy pocas en esta mal llamada batalla; pero cayeron en poder de los imperiales la artillería (9 piezas), crecido número de fusiles, municiones y todos los bagajes, quedando completamente disuelto el ejército de Blake, pues los restos de la división aragonesa de Lazán se metieron en Tortosa y los de la valenciana en Morella y San Mateo. Suchet, dueño ya de casi todo el reino de Aragón, dejó en su raya algunas fuerzas en observación de los vencidos.