Haçlı ordusu ve Kılıç Arslan’ın ordusu arasında muharebe eşit koşularda bir süre devam etti. Ancak haçlı ordusunun başka bir kolu muharebe alanına arkadan geldi ve Kılıç Arslan bir anda kendisini düşman ordusu tarafından kuşatılmış bir halde buldu.

Arkadan gelen haçlı saldırısı sonrasında Kılıç Arslan’ın ordusu için yenilginin gelmesi uzun sürmedi. Kılıç Arslan hızlı olan bazı askerleriyle birlikte muharebe alanından kaçmayı başardı ama o gün Anadolu Selçuklu ordusundan bir sürü asker muharebe alanında can verdi ve Anadolu Selçuklu ordusunun geride bıraktığı bütün yükler haçlı ordusunun eline ganimet olarak geçti Dorileon Muharebesi Kılıç Arslan için büyük bir kayıp olmuştu.