Сили сторін
Українське військо на початку битви було зведене у 13 козацьких полків:[11].
білоцерківський (полковник Михайло Громика);
брацлавський (полковник Данило Нечай);
вінницький або кальницький (полковник Іван Богун);
київський (полковник Антін Жданович);
корсунський (полковник Іван Гуляницький);
кропивенський (полковник Филон Джалалій);
миргородський (полковник Матвій Гладкий);
переяславський (полковник Федір Лобода);
полтавський (полковник Мартин Пушкар);
прилуцький (полковник Тимофій Носач);
уманський (полковник Осип Глух);
черкаський (полковник Ясько Воронченко);
чигиринський (полковник Михайло Криса).
Хронологія битви
Протягом 27 — 28 червня татари пограбували і спалили сусіднє село й намагалися втягнути супротивника в бій. Легка татарська кіннота застосовувала традиційну наступально-відступальну тактику, відому ще від часів хана Батия. Конецпольський із Любомирським не витримали і самі атакували татарську кінноту. Чим закінчилася ця атака - невідомо.
28 червня почалися бої гарцівників (невеликі сутички), на нерівному терені, що відділяв табори польських і українських військ.
29 червня Іслам-Гірей III займає панівні висоти перед Берестечком і битва відновлюється. Поляки значною силою виступили на козацький табор, який не був ще остаточно розгорнутий. Але Хмельницький ударив на них з флангу і відрізав польське військо від його табору; тоді полягло близько 7 000 поляків, козаки добули 28 хоругов (прапорів), між іншим і прапор гетьмана Потоцького. Це незвичайно підняло настрій українського війська.
30 червня. Вранці король, який молився всю ніч, вишиковує свою армію в такому порядку: праве крило — гетьман Потоцький, ліве — гетьман Калиновський. У центрі, де перебуває переважно польська та німецька піхота, — сам король. Поляки застосували військову хитрість — гусари здають свої списи з червоними прапорчиками, які встановлюють за позиціями піхоти, імітуючи величезну чисельність армії. Король віддав наказ розібрати мости через Стир, щоб унеможливити відступ своїх військ у разі паніки.
Отримавши дозвіл короля, Вишневецький, у війську якого було шість хоругв реєстрових козаків, атакував український табір. Під прикриттям артилерії польська кіннота зімнула козацькі лави й дійшла аж до таборових возів. Хмельницький вдався до відступу, а потім контратакував. Проте, контратаку козаків зупинили полки німецької піхоти. Козаки знову відійшли у табір, і тоді поляки почали масований артилерійський обстріл татарських позицій, які розташувалися на пагорбі. Незабаром одне з ядер розірвалося біля ніг хана, вбило султана Амурата, який командував облогою Збаража. Це, ймовірно, справило на Іслам-Гірея сильне враження, і зненацька для усіх, він віддав наказ татарам покинути бойовище. Лівий фланг козацько-селянського війська залишився оголеним.
За однією із версій, щоб заспокоїти татар, Хмельницький із писарем Виговським подалися до ханського табору і наздогнали хана аж поблизу містечка Ямпіль, до якого від поля битви майже 90 км. При цьому хан затримує і забирає Хмельницького із собою. Козаки залишилися в таборі без проводу. До теперішнього часу достеменно невідома причина втечі татар. Серед причин називають змову татар і поляків або просто страх перед битвою.
Козаки, які залишилися без гетьмана, застосовують традиційну військову тактику — пересувають уночі табір ближче до болота, огороджують його возами, насипають земляний вал і навіть намагаються атакувати.
1 липня обидві армії відпочивають. Воєнні дії обмежуються лише перестрілкою. Супротивники збирають трупи вбитих, король посилає за гарматами до Бродів, а козаки збільшують висоту земляного вала.
2 липня поляки продовжують обстріл. Козаки відповідають артилерійським вогнем і роблять успішну вилазку.
3 липня дві тисячі козаків виходять з табору і вибивають поляків з пагорбів, де трьома днями раніше розташовувалися татари. Надвечір Конецпольському вдається вибити їх із висот і відтіснити назад до табору.
4 липня-5 липня продовжується обстріл укріпленого табору з польських гармат.
6 липня козаки відправляють до польського короля послів — полковників миргородського Гладкого, чигиринського Крису й писаря військового Переяславця.
7 липня король, залишивши в заручниках полковника Крису (польські й чимало українських істориків стверджують, що Криса добровільно залишився у короля і сам давно шукав нагоди, щоб перейти до поляків), посилає до взятого в облогу табору листа, де пропонує козакам попросити вибачення, видати 17 козацьких полковників, булаву Хмельницького, гармати й скласти зброю.
8 липня замість кропивенського полковника Филона Джеджалія (Джалалія, Джеджалика) козаки обирають нового гетьмана — Матвія Гладкого. Вони відмовляються від польських умов і вимагають дотримання Зборівського договору. Король наказує припинити переговори, готуватися до штурму й посилює артилерійський обстріл
9 липня козаки дізнаються, що польський гетьман Лянцкоронський переправився через Пляшеву. Це загрожує повним оточенням табору, оскільки до цього в козаків було кілька загат через болото, які зв'язували їх із незайнятою супротивником землею. Через них вони поповнювали припаси й доставляли корм коням. Старшини знову відправляють до Яна Казимира нове посольство, але гетьман Потоцький розриває вимоги козаків на очах у короля. Полковник Криса пропонує затопити козацький табір, зробивши на Пляшевій земляну греблю.
10 липня вінницький полковник Богун, обраний новим гетьманом, приймає рішення відігнати гетьмана Лянцкоронського з правого берега ріки. Вночі, навівши з підручних засобів мости через ріку Пляшеву, дві тисячі запорожців виходять із табору. Козаки побудували мости на річках, — не шкодуючи ні возів ні усіляких воєнних знаряддь, щоб загатити болота. Деякі джерела стверджують, що запорожці поклали на болота списи і перекочувались по них. Чому Богун не попередив інших — невідомо. Польські джерела стверджують: у козацькому таборі починається паніка, багато хто кричать, що Богун кинув усіх напризволяще й утік. Козацькі полки, що залишилися, починають відходити до переправ.
Конецпольський, бачачи, що суперник іде, залишає свою армію на відступаючих і особисто кидається в бій. За свідченнями польських істориків, на переправі починається хаос, мости не витримують, сотні козаків падають у Пляшовець та Ікву, чимало тоне, частина робить спроби прорватися, кинувшись на поляків. Більшість козаків намагаються врятуватися вплав через ріку й болото, кинувши перед цим у воду золото й срібло, щоб воно не дісталося ворогу.
За польськими джерелами, близько тридцяти тисяч козаків гине в цій битві, але кілька тисяч на чолі з Богуном і усього лише з двома гарматами відходять уночі за Пляшеву. В останні десятиріччя в історичному заповіднику «Поле Берестецької битви» археологи проводять масштабні розкопки, і, судячи з багатьох знахідок, кількість загиблих українців значно перебільшена. Так, у районі переправи через Пляшеву знайдено лише близько сотні останків тих, хто переправлявся. Та найвагоміший факт, що вже через шістдесят днів під Білою Церквою знову зібралася потужна армія. Навряд чи Хмельницький зміг би зібрати велике військо лише за два місяці.