Rakouská a saská armáda se rozmístily do půlkruhového postavení dlouhého asi 10 km, se středem mezi obcemi Lípa a Chlum a řekou Labe v zádech. Bitva byla zahájena hned v ranních hodinách, kdy proti rakousko-saským pozicím zahájily postup pruská První a Labská armáda. Dopoledne se neslo ve znamení tvrdých bojů, rakouská armáda, s oporou ve kvalitním dělostřelectvu, úspěšně vzdorovala pruskému tlaku u Lípy. Rakušané dopoledne měli dokonce mírnou převahu. Zlomem se však stal boj o les Svíb mezi obcemi Čistěves a Máslojedy. Zde se Prusům podařilo uvázat v boj početně silnější rakouské síly a rozrušit tak linii rakouské obrany na pravém křídle půlkruhové formace. Poté, co na bojiště dorazila pruská Druhá armáda, podařilo se jí tímto oslabeným místem proniknout do obce Chlum a stanout tak Rakušanům v zádech. Usilovné snahy o zvrat situace se ukázaly být marné a tak vydal rakouský vrchní velitel Benedek po 4. hodně odpolední rozkaz k ústupu ke královéhradecké pevnosti. V této chvíli se znovu osvědčilo rakouské dělostřelectvo a jezdectvo, které za cenu nesmírných ztrát krylo ústup pěchoty a zabránilo tak ještě většímu masakru. Zde mají kořeny silné příběhy prusko-rakouské války o kanonýru Jabůrkovi, baterii mrtvých či o spanilé jízdě rakouského jezdectva na pláních u Střezetic.
Porážka u Hradce Králové se ukázala být rozhodující v celé válce. Ztráty v bitvě byly obrovské, především na rakouské straně: 5700 mrtvých, 7500 pohřešovaných, 7500 zraněných a 22000 zajatých vojáků, 6000 koní, téměř 200 děl a přes 600 povozů. Spojenecký saský armádní sbor ztratil 130 mrtvých, 430 pohřešovaných, 900 raněných, 130 koní. Pruské ztráty byly mnohem menší: 2000 mrtvých, asi 300 pohřešovaných a 7000 zraněných vojáků, počet koní klesl téměř o 1000.
V roce 1866 již fungovalo mezinárodní humanitární hnutí Červený kříž, založené Švýcarem Henri Dunantem po zkušenostech z italsko-rakouské války roku 1859. Základní obrysy péče a ochrany o vojáků ve válkách bylo kodifikováno v mezinárodní smlouvě, uzavřené v Ženevě roku 1864. Zatímco však Prusko bylo signatářem ženevské konvence již od roku 1864, Itálie také podepsala ženevskou konvenci již před válkou roku 1866 a během války došlo na jižním bojišti k zorganizování první mezinárodní humanitární pomoci v dějinách Červeného kříže, kdy Francie a Švýcarsko poslali konvoj se zdravotnickým materiálem, naopak Rakousko nestačilo přístupové smlouvy před vypuknutím války v roce 1866 ratifikovat. I tak však v roce 1866 působil poprvé v historii Červený kříž na českém území a významně se podílel na zdravotní pomoci vojákům.
Často se uvádí, že válku v roce 1866 Prusům vyhrála moderní výzbroj, především puška systému Dreyse, tzv. jehlovka, nabíjené zezadu. Není to pravdou. Obě zbraně, jak pruská zadovka, tak rakouská předovka systému Lorenz měly své silné i slabé stránky. Rakouské zbraně byly přesnější a měly větší dostřel, nabíjení však bylo pomalejší. Pruské pušky se sice nabíjely až třikrát rychleji, zbraně však nevynikaly přesností a ani dostřelem se nemohly rakouským puškám měřit. Problém spočíval spíše v hrdinné, leč zastaralé a neefektivní taktice boje zblízka, tzv. na bodáky, kterou rakouské velení doslova nahrálo Prusům. Neúspěch Rakouska tak spočíval především v tom, že velení nedokázalo maximalizovat vlastní výhody a minimalizovat přednosti nepřátele.
