В конце концов арабский предводитель решился начать сражение и построил своё войско в боевой, расчленённый порядок. Он состоял из привычных для арабов боевых линий: конные лучники составили «Утро псового лая», затем шли «День помощи», «Вечер потрясения», «Аль-Ансари» и «Аль-Мугаджери». Резерв арабов, предназначенный для развития победы, находился под личным командованием Абдеррахмана ибн Абдиллаха и назывался «Знамя пророка».
Сражение при Пуатье началось с обстрелов франкской фаланги арабскими конными лучниками, которым противник отвечал стрельбой из арбалетов и больших луков. После этого арабская конница атаковала позиции франков. Франкская пехота успешно отражала атаку за атакой, неприятельская лёгкая конница так и не могла пробить брешь в их плотном строю.
Испанский хронист, современник битвы при Пуатье, писал, что франки «тесно стояли друг с другом, насколько хватало глаз, подобно неподвижной и обледенелой стене, и ожесточённо бились, поражая арабов мечами».
После того как пехота франков отразила все атаки арабов, которые линия за линией, в некотором расстройстве откатывались на исходные позиции, Карл Пипин незамедлительно приказал стоявшей пока в бездействии рыцарской коннице пойти в контратаку в направлении вражеского походного лагеря, расположенного за правым флангом боевого построения арабского войска.
Франкские рыцари под предводительством Эда Аквитанского нанесли с флангов два таранных удара, опрокинув противостоявшую им лёгкую конницу, устремились к арабскому походному лагерю и овладели им. Арабы, деморализованные известием о смерти своего вождя, не смогли сдержать натиск противника и бежали с поля битвы. Франки преследовали их и нанесли им немалый урон. На этом сражение близ Пуатье завершилось.
Классическое описание этой битвы принадлежит перу Исидора Паценсия, приведённое Буке в «Антологии трудов историков Галлии и Франции». В свободном и драматическом переводе оно выглядит следующим образом:
«Северяне замерли стеной, словно воедино смёрзшиеся фигуры, изваянные изо льда, и этот лёд не способен был растаять, даже когда они своими мечами разили арабов. Железнорукие гиганты-австразийцы смело врубались в гущу битвы, и это они нашли и сразили короля сарацинов».
Это сражение имело очень важные последствия. Победа майордома Карла Мартелла положила конец дальнейшему продвижению арабов в Европе. После поражения при Пуатье арабская армия, прикрывшись отрядами лёгкой конницы, покинула французскую территорию и без дальнейших боевых потерь ушла через горы в Испанию.
Но перед тем, как арабы окончательно покинули юг современной Франции, Карл Пипин нанёс им ещё одно поражение — на реке Берр к югу от города Нарбонны. Правда, это сражение не относилось к числу решающих.
Победа над арабами прославила полководца франков. С тех пор он стал называться Карлом Мартеллом. Сражение при Пуатье известно ещё и тем, что оно было одним из первых, когда на поле битвы вышла многочисленная тяжёлая рыцарская конница. Именно она своим ударом обеспечила франкам полную победу над арабами. Теперь не только всадники, но и лошади были покрыты металлическими доспехами.
Победа в битве при Пуатье была самой значительной в полководческой биографии Карла Мартелла. После неё он одержал ещё несколько больших побед. В 736 году войско франков под его командованием совершило удачный поход в Бургундию и принудило её силой оружия признать над собой власть Франкского королевства. Превращение Бургундии в вассала стало серьёзным территориальным приобретение майордома из рода Каролингов.
Затем Карл Мартелл завоевал области на юге Франции. Он решительно подавил восстание против господства франков в Провансе. После этого установил свою власть дальше к югу, вплоть до города Марселя. Местное население было обложено данью, а на их землях было расселено немало свободных франков, которые силой своего оружия обеспечивали порядок и послушание власти короля, или, точнее, майордома.
Карл Мартелл покровительствовал распространению христианства среди племён язычников. Однако католическое духовенство в его государстве не любило короля, так как для укрепления страны Карл Мартелл конфисковал часть церковных земель и раздал их франкской знати в бенефиции — в пожизненное пользование на условиях обязательного несения королевской военной службы. Так в стране вольных франков с «лёгкой руки» Карла Мартелла стали появляться феодалы.
От римского папы Григория III победитель арабов получил почётный сан римского «патриция» — то есть охранителя Рима. Однако когда римский папа начал вооружённую борьбу против лангобардов, «патриций» Карл Мартелл не оказал ему военной помощи, поскольку был занят другими государственными делами.
При Карле Пипине Мартелле военное искусство франков получило дальнейшее развитие. Это было связано прежде всего с появлением тяжеловооружённой конницы франкской знати — ставшей в недалёком будущем рыцарской. Однако при нём основой боевой мощи армии продолжала оставаться пехота, состоявшая из свободных крестьян. В то время, когда военнообязанными являлись все мужчины королевства, способные носить оружие.
Организационно войско франков делилось на сотни, или, иначе говоря, на такое количество крестьянских дворов, которые могли в военное время выставить в ополчение сто пеших воинов. Крестьянские общины сами регулировали воинскую повинность. Каждый франкский воин вооружался и снаряжался за свой счёт. Качество оружия проверялось на смотрах, которые проводил король или по его поручению военачальники-графы. Если оружие воина находилось в неудовлетворительном состоянии, то он подвергался наказанию. Известен случай, когда король убил воина во время одного из таких смотров за плохое содержание личного оружия.
Национальным оружием франков была франциска — секира с одним или двумя лезвиями, к которой была привязана верёвка. Франки ловко бросали секиры на врага на близких дистанциях. Для ближнего рукопашного боя они применяли мечи. Кроме франциск и мечей франки вооружались ещё короткими копьями — ангонами с зубцами на длинном и остром наконечнике. Зубцы ангона имели обратное направление и поэтому вынуть его из раны было очень трудно. В бою воин сперва метал ангон, который вонзался в щит противника (преимущественно деревянный), а затем наступал на древко копья и тем самым оттягивал щит и поражал врага тяжёлым мечом. Многие воины имели лук и стрелы, которые иногда пропитывались ядом.
Единственным защитным вооружением франкского воина во времена Карла Мартелла являлся щит круглой или овальной формы. Только богатые воины имели шлемы и кольчуги, поскольку изделия из металла стоили больших денег. Часть вооружения франкского войска являлась военной добычей.
Карл Мартелл значительно укрепил военную мощь Франкского королевства. Однако он стоял только на пороге подлинного исторического величия государства франков. Его внук Карл Великий достиг наивысшего могущества, став императором Священной Римской империи.