Pasukan Khawarij maju seraya meneriakkan, "Tidak ada hukum melainkan milik Allah, marilah bersegera menuju Surga!"
Pasukan Khalifah menyerang pasukan berkuda menyingkir ke kanan dan sebagian lagi menyingkir ke kiri. Lalu mereka disambut oleh pasukan pemanah. Pasukan pemanah memanahi wajah-wajah mereka kemudian pasukan berkuda mengurung mereka dari kanan dan dari kiri. Lalu pasukan infanteri menyerbu mereka dengan tombak dan pedang. Mereka menghabisi pasukan Khawarij sehingga korban yang gugur terinjak-injak oleh kaki kuda.
Turut tewas dalam peperangan itu pemimpin mereka, Abdullah bin Wahab, Hurqush bin Zuhair, Syuraih bin Aufa, dan Abdullah bin Syajarah As-Sulami. Sementara dari pasukan Khalifah Ali hanya terbunuh hanya tujuh orang saja. Dalam pertempuran ini, Khawarij mengalami kekalahan telak.
Belum juga peperangan usai, Khalifah Ali sudah mengeluarkan instruksi kepada semua pasukannya agar tidak mengejar orang-orang Khawarij yang melarikan diri dan tidak membunuh mereka yang terluka. Sebagian besar kaum Khawarij pun tewas terbunuh dan yang tersisa hanya segelintir orang. Konon, yang tersisa kurang dari sepuluh orang saja.
Sikap Khalifah Ali terhadap Pertempuran Nahrawan ini berbeda dengan sikapnya ketika terjadinya Pertempuran Jamal dan Shiffin. Di kedua pertempuran tersebut ia sangat menyesal dan bersedih. Sebaliknya, ia menunjukkan perasaan gembira senang setelah memerangi kaum Khawarij ini.
Tidak diragukan lagi bahwa kekalahan Khawarij itu merupakan pukulan telak yang membuat sisa-sisa mereka tidak berkutik pada akhir-akhir masa Khalifah Ali. Namun, mereka beralih melakukan gerakan bawah tanah dan merencanakan pembunuhan terhadap sang Khalifah, hingga berhasil mewujudkan  konspirasi itu.
