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Por la noche cayó una gran tormenta con abundante aparato eléctrico que pasaría a formar parte de la leyenda de la batalla, tal como el «sol de Austerlitz» ?que presidió el avance de Soult sobre las colinas de Pratzenilustra los relatos de esa batalla. Tres años después, la noche antes de Waterloo, una tormenta similar sería recibida como un signo de la Providencia por la soldadesca inglesa.
Al amanecer Wellington fue informado que ya sólo quedaba una división francesa al otro lado del Tormes y que Marmont se estaba desplegando hacia el oeste a toda velocidad. Inmediatamente hizo avanzar las unidades que estaban en Carbajosa para cubrir el lado norte de una ligera depresión longitudinal que corría de este a oeste formando ángulo recto con los cerros que dominaban el Pelagarcía. El núcleo del ejército se dispuso formando una doble línea con las divisiones de Leith y Cole asomándose a la ladera de la depresión y las de Clinton y Hope inmediatamente detrás. También ordenó que la división de Edward Pakenham y la caballería de la reserva, que aún estaban al otro lado del Tormes, cruzaran y se dirigieran a Aldeatejada, donde podían proteger una eventual retirada. Las brigadas de caballería de G. Anson y Le Marchant se situaron en Las Torres, a medio camino entre la fuerza principal y la reserva.
Aunque había ido descargando la línea que cubría el Pelagarcía, quedaron allí la división de infantería ligera de Alten junto con algunas brigadas de otras divisiones. La división de dragones de Bock se situó en la misma alineación mucho más al norte para vigilar y controlar un intento francés de rodear los cerros por ese lado. Wellington, así preparado, decidió esperar acontecimientos para decidir el curso de acción definitivo. Gracias a la disposición de sus tropas podía tanto defenderse como retirarse ordenadamente.
Una de las brigadas de la división de Cole, la de Anson, ocupó una colina aislada que se encuentra en el extremo sur de la línea de cerros, justo en el ángulo que ahora formaba el dispositivo inglés, expulsando a algunos franceses que estaban a punto de llegar a la cima. Esta colina se llama Arapil Grande por oposición al Arapil Chico, que se alza al otro lado de la ancha y poco profunda depresión longitudinal que Wellington quería usar como línea de frente. El plan inglés había sido apoderarse de ambos, pero casi habían llegado tarde a uno y el otro ya estaba sólidamente defendido cuando intentaron tomarlo con una brigada de cazadores portugueses, que fue rechazada.
La lucha se trasladó un poco hacia el oeste, al pueblo de Los Arapiles, donde las brigadas ligeras de las divisiones de Keith y Cole chocaron con voltigeurs franceses que trataron de desalojarlos. El pueblo se hallaba en el centro de la depresión que al sur estaba limitada por el escarpe de una meseta que hacia el oeste se iba convirtiendo en una loma. A medida que avanzaba la mañana, los franceses fueron apareciendo sobre el escarpe, instalando baterías que empezaron a hostigar a las cuatro divisiones inglesas que tenían enfrente.
Hacia el mediodía, los franceses se hicieron visibles avanzando por la cima de la loma hacia el oeste a toda velocidad. Se trataba de Thomières y Maucune, que una vez sobre la loma habían decidido ocupar toda su extensión. Maucune se estacionó frente a Leith y empezó a desplegar sus baterías, mientras Thomières se desplazaba en solitario aún más al oeste. El ejército francés se había desorganizado un poco a causa de lo intrincado del terreno, cubierto de bosques de encinas, que se extendía al oeste y detrás de la loma en el camino desde el Tormes. Marmont había perdido ligeramente el control, más preocupado por acelerar la marcha que por guardar la formación, creyendo que Wellington estaba en plena retirada hacia Ciudad Rodrigo y confundiendo el polvo que levantaba la reserva de caballería en Aldeatejada con la retaguardia de este. Así que ordenó a tres divisiones que ocuparan la cima del escarpe y la loma subsiguiente, sin advertirles que debían mantenerse cerca unas de otras. Bonnet se situó junto al Arapil Grande, con lo que un gran hueco le separaba de Maucune, mientras otro no tan grande separaba a éste de Thomières.
Una vez Wellington estuvo razonablemente seguro de que ninguna división más estaba a punto de llegar, basándose en su intuición y en los informes de los guerrilleros españoles que le habían indicado las horas de cruce del Tormes, hacia las dos de la tarde subió a su caballo y cabalgó hasta Aldeatejada para dar órdenes inmediatas a Pakenham. Al llegar saltó del caballo y le ordenó dirigirse al sur en columna, convertirla en fila girando las compañías 90 grados al llegar a la altura de la loma y atacar a Thomières «hasta barrerlo». Los húsares de Arentschild cubrirían su flanco derecho para evitar que la caballería francesa interviniera.
A continuación galopó hasta el estacionamiento de la caballería pesada de Le Marchant y le ordenó que en cuanto Leith hubiera entablado combate, cargaran sobre Maucune. Después siguió su camino hasta Leith, que estaba sobre su caballo esquivando balas de cañón que venían rebotando desde las baterías de Maucune para que sus hombres no tuvieran miedo a pesar de estar bajo un fuego lejano pero intenso. Wellington le comunicó a Leith que en cuanto viera que Packenham había derrotado a Thomières, cargara contra Maucune en la meseta, cosa que éste estaba deseando porque veía que la moral de sus soldados decaía. Luego cabalgó de nuevo hasta Cole y le dijo que cuando Leith hubiera derrotado a Maucune, cargara a su vez contra Bonnet. Finalmente se dirigió a una pequeña colina al oeste de Leith para observar la batalla.
Cuando llegó, vio cómo Pakenham cargaba y derrotaba efectivamente a Thomières mientras los húsares de Areschild derrotaban algunas unidades de caballería que surgían del otro lado de la loma. Leith a su vez cruzó lentamente la depresión con su división organizada en una doble fila para cargar pendiente arriba contra Maucune. Aunque resistió algo más que Thomières, al llegar los desbandados de la división de este perseguidos por Packenham, la división de Maucune se desbandó justo cuando Le Marchand cargaba con la caballería pesada. El efecto de todo esto fue que las dos divisiones francesas dejaron de existir mientras los supervivientes procuraban salvarse como podían.
Marmont había sido herido poco antes junto con su segundo, con lo que Claussel había tomado el mando y aún trataba de organizar la defensa cuando la división de Cole se puso en movimiento hacia el Arapil Grande y la parte adyacente de la meseta, donde le esperaba Bonnet. Este ataque fracasó completamente y Cole se retiró en desbandada. Los historiadores han criticado mucho a Wellington y este alegó en sus memorias que Cole se había precipitado. En cualquier caso, aunque Claussel intentó lanzar en persecución de Cole a las tres divisiones que le quedaban, Wellington contraatacó con las divisiones de Hope y Clinton que había reservado. Además, en ese momento llegaban cargando por el flanco la división de Packenham, la de Leith y la caballería pesada de Le Marchant, con lo que después de una lucha sangrienta pero breve, todo el ejército francés se desbandó. Si no fueron completamente exterminados, se debe a que la división de Ferey, que hasta entonces no había entablado combate, tomó posiciones en un cerro más al sur llamado el Sierro y protegió la retirada hasta que la noche marcó el fin de la batalla. Los franceses cruzaron de nuevo el Tormes al amparo de la oscuridad y Wellington entró al día siguiente en Salamanca en un desfile triunfal. Había derrotado al tercer ejército francés completo desde su llegada a la Península.