两翼骑兵混战的同时，中路的步兵大战也正式打响。两军阵线前沿的轻步兵短暂交火以后迅速后撤，腾出战场。罗马军团继续稳步向前，一直逼近到距离迦太基阵线30米的距离停下来。两军将士近在咫尺互相对视，气氛紧张得让人窒息。
突然罗马阵列爆发出惊天动地的战吼，然后位于前排的步兵奋力投掷标枪，数千枝标枪腾空而起，飞向迦太基阵列。高卢、伊比利亚士兵毫不示弱，也投掷标枪还以颜色。高卢人身高臂长，投掷的标枪带着可怖的三棱宽刃枪尖；伊比利亚步兵投出的标枪多种多样，有铁质标枪，也有点燃的火标枪。罗马军团的标枪齐射极具威力，通常能大量杀伤敌阵前排的士兵。然而此战罗马军团的标枪攒射大多落空，因为汉尼拔精心部署的新月形战阵里，只有最靠前的中央方阵承受打击，两侧拖后的其他方阵都在标枪射程以外。
两轮标枪齐射以后，前排的罗马步兵侧身怒吼冲向敌阵，以盾牌猛击敌兵。后排的步兵紧跟其后，奋力向前推挤。迦太基中央方阵难以抗拒如此凶狠的冲击，不得不且战且退。罗马步兵拿出招牌格斗姿势，上身伏低，左腿前跨，左手拎起盾牌架在肩上，右手紧握西班牙短剑，猛刺敌兵胸腹部位。高卢武士则左手以窄长的盾牌招架，右手挥舞长剑大力劈砍。这是一场你死我活的决斗，双方前排的士兵只有两条路，要么杀死对手，要么被对手杀死。即使最勇猛善战的士兵，连续搏斗几十分钟以后也会筋疲力尽。受伤倒地的士兵不可能被送下前线，因此不是被踩死，就是失血过多而死。
迦太基突前的中央方阵步步后退，两侧拖后的方阵陆续接敌，罗马军团推进的阻力越来越大。汉尼拔策马在中路阵线后面来回驰骋，大声呼喊，鼓舞士气。迦太基将领贯彻汉尼拔的战役部署，竭力约束部下保持阵线完整，有条不紊地逐步后退。此刻汉尼拔麾下将士面临最严峻的考验，只要有一个士兵承受不了心理压力转身逃跑，恐慌就可能传遍全军，引发雪崩效应，导致整个阵线的崩溃。塞维利乌斯和亚第利乌斯眼见迦太基阵线不支后退，似乎看到了胜利的曙光，不断督促士兵前进，并将后排预备队全部增援中路，企图一鼓作气冲破敌阵。
随着罗马阵线的向心突击越来越强劲，迦太基原本前凸的新月形阵式很快被压缩成一条直线，然后逐渐向后弯曲，形成内凹的新月形。最早接敌的中央方阵遭受惨重伤亡，将士体力已经耗尽，阵型开始瓦解。终于，罗马步兵如同决堤的洪水一般冲了出来。汉尼拔手中的预备队只有刚才撤下来的数千轻步兵，他们迎上前去暂时堵住缺口，但突破进来的罗马步兵越来越多，缺乏盔甲防护的轻步兵渐渐抵挡不住。前锋突破敌阵的消息很快传遍全军，原本秩序井然的罗马战阵到此已经乱成一团，方阵瓦解，战线消失，将校找不到自己的百人队长，百人队长找不到自己的士兵。整个罗马大军汇集成一股巨大的人潮，由本能驱使着涌向突破口，每个人心中只有一个念头：向前冲，向前冲，冲破敌阵就是胜利。
就在这千钧一发的生死关头，汉尼拔的战前部署开始发挥奇效。事先安排在两侧的利比亚步兵纵列投入战斗，他们迅速向前移动，占据罗马两翼骑兵先前的阵地，然后集体转向，猛攻罗马大军的两侧。此时的罗马战阵已经完全失去了应变能力，加之部署在侧翼的是战斗力最差的联盟士兵，因此鲜见有组织的抵抗，只有三五成群的士兵被动招架敌军的攻击。与此同时，7千迦太基骑兵击溃罗马左翼以后，运动到罗马大军的背后。这里聚集着从前沿撤下来的15000人的轻步兵。他们装备最差，年纪最轻，根本没有抵抗重骑兵冲击的能力。如狼似虎的高卢、伊比利亚骑兵找到了罗马战阵柔软的腹部，他们挥舞长剑弯刀径直冲进罗马轻步兵行列中间，策马践踏，左右砍杀。
这一系列突如其来的变故在罗马大军中引起普遍的混乱和恐慌，向前的冲击势头顿时衰竭。迦太基中路阵线趁机合拢缺口，反守为攻。罗马大军四面受敌，随着敌军步步进逼，罗马人的空间越来越小，最后士兵们摩肩接踵，挤得水泄不通，个个连短剑都已经举不起来。史无前例的一支罗马大军，成了七万头待宰的羔羊；罗马与迦太基间最引人瞩目的大决战，已经演变成一场屠杀。
这场屠杀持续了几个小时。迦太基大军经过苦战，也已经精疲力竭，士兵的盾牌和战袍上血迹斑斑，挥舞刀剑有气无力，真是杀人杀到手软。汉尼拔的包围圈拉得太大，将士体力不支，罗马官兵垂死挣扎，冲开多处缺口，陆续有数万人夺路而逃，却遭到外围的奴米底亚骑兵四面追杀，幸存者逃进罗马大营。绝大多数官兵选择死战到底，挥洒一腔热血，忠实履行了战前的誓言。
傍晚时分，一切都结束了。在方圆不足一平方公里的战场上，横尸五万余具。那里躺着成千上万的罗马官兵，人马的尸体相互叠压，是时运将他们的归宿安排在一起。堆积如山的尸体中间偶尔可见血淋淋的身影颤颤巍巍站立起来，那是在战斗中受伤昏迷的士兵，凌晨的冷风刺激了他们的伤口，剧痛让他们苏醒，但他们很快便被掳掠财物的敌兵随手砍倒。还有一些倒卧在血泊中的罗马人依然活着，他们的肌腱和脚筋被敌兵砍断，一些人竭力伸着脖子，袒露咽喉，祈求征服者将他们剩下的血放干；另一些人则挣扎着在地上刨坑，然后将头埋进坑里，试图闷死自己。
罗马参战部队八个军团，总共阵亡步兵45000人，骑兵2700人；被俘官兵19300人，其中在战场上被俘4500人，2000人冲破包围圈逃到坎尼城被俘，另外两个罗马大营的12800守军次日全部投降。八万余人的罗马大军，只有14550人成功逃脱汉尼拔的包围圈和奴米底亚骑兵的追杀。此役罗马贵族的精英几乎凋零殆尽。现任执政官艾弥利乌斯、前任执政官塞维利乌斯、前任骑兵统帅米努西乌斯都力战身亡；参战的48名罗马将领阵亡29人；战役以后，300个席位的罗马元老院出现166个空缺。
汉尼拔损失4000高卢士兵，1500伊比利亚和利比亚士兵，以及200名骑兵。
坎尼惨败的消息传到罗马，人民万分悲痛，极度惶恐。至此为止，几乎每个罗马家庭至少已有一个壮年男子死于迦太基远征军的刀下。全罗马十七岁以上的男子已有五分之一在一系列败于汉尼拔的战斗中丧生。现在，加上坎尼战役的大败，罗马人惧怕汉尼拔会趁机直取罗马城。汉尼拔如此地令罗马人畏惧以致于许多人怀疑罗马城墙的坚固程度是否足以拒汉尼拔于城外。
历史上有许多战役是因为惊恐瓦解了斗志而失败的。在罗马，这样的事情不会发生。根据法律建立起来的政府经过几百年在战争与危机中行使职权，不断得到完善。当此国难，它奋起应付局势。负有支持军队之责的元老院立即开会讨论能够并必须采取什么行动。为防止由惊恐导致投降。元老院通令禁止全城使用“和平”一词。哀悼阵亡将士的活动必须在三十天内结束。禁止公开哭泣。
除了这些旨在提高士气的措施以外，元老院还采取行动加固城防。马尔可斯·尤尼乌斯·佩拉被指定为独裁官，提比略·森普罗尼乌斯·格拉古被任命为骑兵统帅。十七岁以上男子全部入伍，由此使城防兵力增加了四个军团与一千名骑兵。罗马史上破天荒第一次，奴隶与囚犯也被准予武装并得到给予自由或赦罪的许诺。然而元老院拒绝向汉尼拔支付赎金以换回他在坎尼俘获的一万名战俘。那些傲慢的元老院议员们宣布，这些俘虏本来就绝不应该投降。为不放过一切机会争取天佑人助，元老院派出一个代表团前往德尔法的神谕宣示所求神灵启示罗马如何才能平息众神的愤怒，使国家消灾除难。