Al día siguiente de la batalla de Llinás (ver 16 diciembre) estableció Saint-Cyr su cuartel general en San Andrés de Palomar, y el 20, descansadas ya sus tropas, se adelantó con ellas (las divisiones Pino, Souham y Chabot, de su cuerpo, el VII, y la división Chabran , de la guarnición de Barcelona: en todo unos 20.000 infantes y 1.500 caballos) a la margen del Llobregat, deseoso de batir de nuevo a los españoles, apoyando la derecha en Molins de Rey, el centro, con el cuartel general, en San Feliú, y la izquierda en Cornellá. Los españoles, que no pudieron reunir a más de 10.000 infantes y 900 caballos para oponer al doble número de enemigos, mandados por un general de la talla de Saint-Cyr, se habían establecido en la derecha del Llobregat en posiciones fortificadas, desde Pallejá, en que apoyaban su izquierda mandada por el mariscal de campo D. Pedro Cuadrado, para cubrir el vado de dicho nombre y el paso por Molins de Rey, por donde se esperaba el principal ataque, a las alturas de San Vicents dels Horts, opuestas a los vados de San Juan Despí y San Feliú, en las que se apoyaba la derecha, a las órdenes del brigadier D. Gaspar Gómez de la Serna, ocupando además como puntos avanzados a derecha e izquierda las alturas de Santa Coloma de Cervelló y del Papiol. D. Teodoro Reding y el conde de Caldagués se mantuvieron cerca de Molins de Rey en los reductos que defendiendo el puente se habían levantado a uno y otro lado de la carretera de Valencia. Vives se encontraba en Villafranca, dedicado, con la Junta de Cataluña, a organizar la defensa del Principado.
Antes que clarease el alba del 21, la división Pino cruzaba el río por el vado de San Feliú y la de Souham lo hacía por el de San Juan Despí con el intento de envolver la derecha española la primera y atacar el centro de la línea la segunda, mientras la de Chabran tenía en jaque la izquierda de Molins de Rey. La acción de las diversas columnas de ataque fue tan rápida, enérgica y simultánea, que tras una débil resistencia nuestra derecha fue arrojada a espaldas del centro, y arrolladas en seguida una y otra sobre la izquierda, donde por fortuna Chabran no acometió el paso del puente en el momento oportuno, como tenía prevenido, para convertir la derrota de los españoles en un desastre completo; así es que éstos pudieron ponerse en salvo, aunque en la mayor dispersión, huyendo en distintas direcciones, con lo cual, a pesar de ser perseguidos vivamente por espacio de quince horas, el número de prisioneros no pasó de 1.000 y de algunos centenares los muertos y heridos (*).
Vives se presentó en el campo de batalla a las diez de la mañana, a tiempo de presenciar todavía la derrota y disolución completa de lo que quedaba de su ejército, y clamando la opinión publica en contra de él, fue amenazado de muerte en Tarragona, teniendo que resignar el mando en el general Reding, que poco tiempo después era batido también en Valls (ver 25 febrero 1809).
Los franceses se extendieron desde Molins de Rey por casi todo el Principado, llegando por la parte de Tarragona hasta el Vendrell, donde se estableció Souham. Chabran siguió por el camino de Lérida hasta Martorell y Esparraguera, frente al Bruch, de tan ominoso recuerdo para él; Chabot se extendió por San Sadurní hasta Igualada, y Pino se situó, con el cuartel general de Saint-Cyr, en Villafranca, mandando destacamentos de sus tropas a Sitges, Villanueva y Geltrú y demás pueblos cercanos a la costa.
(*) El brigadier D. Gaspar Gómez de la Serna fue alcanzado y acuchillado cerca de Villafranca, muriendo en Tarragona a consecuencia de las heridas. Entre los prisioneros se contaron el conde de Caldagues y los coroneles Silva, Bodet, O'Donovan y Desvalls. Se perdió toda la artillería, una bandera y los cuantiosos almacenes que había en Llobregat, Villafranca del Penedés Y Villanueva de Sitges.