Korpusy rosyjskie pod dowództwem Kachowskiego w szyku bojowym 18 lipca około godziny 15.00 ruszyły naprzód i zatrzymały się w pobliżu swoich baterii, w odległości około 800 m od pozycji Kościuszki. Artyleria polska przez cały czas ostrzeliwała oddziały nieprzyjacielskie, ale jeszcze bardziej wzmocniła ogień, gdy Rosjanie znajdowali się już blisko. Nieprzyjaciel odpowiadał potężną huraganową kanonadą swojej artylerii, która dość szybko zagłuszyła odgłos polskich dział. Równocześnie ruszyło natarcie 1. i 2. batalionu pułku jekaterynosławskich strzelców doborowych, czyli jegrów pod dowództwem płk. Sałtykowa na las znajdujący się przed lewym skrzydłem rosyjskim w pobliżu granicy z Austrią. Bataliony posuwały się bardzo wolno, forsując ciągnący się pas moczarów i przedzierając się z trudem przez gęste krzaki pod ogniem broni ręcznej. Wywiązała się tu zaciekła walka ze strzelcami polskimi z regimentów III i V obsadzającymi las. Rosjanie na pewien czas zdołali opanować część lasu, ale strzelcy polscy przez cały czas stawiali zacięty opór. Stanowiska dywizji polskiej znajdowały się pod ciągłym ogniem artylerii Kachowskiego, pociski jednak nie wyrządzały większych szkód, ponieważ zdały egzamin umocnienia i szańce zaprojektowane przez Kościuszkę. Oddziały ukryte za umocnieniami szybko oswoiły się z ogniem artylerii nieprzyjaciela, widząc niewielką jego skuteczność. Duży wpływ na postawę wojska miała obecność Kościuszki, który dawał przykład żołnierzom spokojem, zimną krwią i odwagą. Ok. godz. 17.30 na całym froncie ruszyło natarcie piechoty nieprzyjacielskiej. Ogień artylerii nieco osłabł, a ruszyła kompania jegrów pieszych, nie tylko walcząc, ale niosąc faszynę, motyki, siekiery, deski, wszystko po to, aby można było się poruszać po moczarach i w gęstych krzakach. Pociski nielicznej, ale dobrze rozmieszczonej artylerii polskiej dziesiątkowały całe kolumny zbliżającej się piechoty rosyjskiej. Rosjanie za wszelką cenę chcieli opanować cały las i przeprowadzić atak na prawe skrzydło dywizji Kościuszki. Po wielu trudach udało się im to po części zrealizować. Strzelcy polscy zmuszeni zostali do wycofania się z lasu w kierunku stanowisk dywizji. Prowadzili jednak nadal skuteczną walkę wspierani ogniem baterii dział znajdujących się przed Wolą Habową. Natarcie rosyjskie załamało się, nieprzyjaciel został zmuszony do odwrotu w stronę lasu, lecz zebrawszy siły, zaczął się szykować do nowego ataku. Załamało się także natarcie piechoty rosyjskiej na centrum pozycji Kościuszki, a także uderzenie na lewe skrzydło polskie pod Uchańką. Teraz ataki na pozycje polskie następowały jeden po drugim przy użyciu coraz to nowych oddziałów. Dochodziło do zaciętych walk na bagnety. Rosjanie w kilku miejscach zdołali się przedrzeć na polskie stanowiska, z których wkrótce zostali wyparci, ponosząc duże straty, zginął nawet bardzo ceniony i odważny rosyjski dowódca płk. Zołotuchin. Ataki piechoty rosyjskiej wspierane nieustannym ogniem artylerii trwały prawie godzinę. Dywizja Kościuszki w ciężkiej walce odparła je i zdołała utrzymać wszystkie swoje umocnienia i nadal stawiała zacięty opór. Kachowski, zdając sobie sprawę z nieskuteczności ataków czołowych, postanowił podjąć próbę oskrzydlenia pozycji polskiej od strony Woli Habowej. Zadanie to powierzył płk. Palmenbachowi. W oskrzydleniu pozycji polskich udział wzięło 20 szwadronów kawalerii. Oddziały te ok. godz. 18.00 zostały przesunięte w stronę kordonu - granicy z Austrią (za granicą austriacką był las, następnie w kierunku południowym miejscowości Krynica, Skryhiczyn, Matcze, Horodło), po przekroczeniu granicy ruszyły szybko pod osłoną lasu w kierunku prawego skrzydła pozycji Koś ciuszki. Przekroczenie granicy obcego państwa było pogwałceniem prawa międzynarodowego, wydaje się jednak, że Austria niby neutralna w tej wojnie dała Rosjanom ciche przyzwolenie. Taki obrót wydarzeń zaskoczyłby nie jednego dowódcę, bał się tego także Kościuszko, który przewidział taką możliwość i w odpowiedni sposób zabezpieczył się. Płk. Palmenbach przekroczył granicę prawdopodobnie w okolicy Rogatki, przedarłszy się następnie przez las, przeprowadził pułk na tyły stanowisk prawego skrzydła polskiego i zaatakował gwałtownie znajdujące się przed Wolą Habową umocnienia i baterie polskie. Równocześnie z manewrem oskrzydlającym Palmenbacha na całej linii rozwinęło się silne natarcie piechoty rosyjskiej wspierane huraganowym ogniem artylerii. Niespodziewane wtargnięcie wojsk rosyjskich od granicy na tyły polskiej armii spowodowało wielki niepokój o losy bitwy, jednak oficerowie zdołali wkrótce opanować sytuację. Część regimentu fizylierów polskich zmieniła front i otworzyła ogień na nacierających Rosjan. Zginął wtedy płk. Palmenbach. Gdy jego oddział zaczął się cofać, wtedy od strony Woli Habowej uderzył na nich pułk mjr. Stanisława Wielowiejskiego. W wyniku tej akcji pułk rosyjski został całkowicie rozbity. Poza umocnieniami prawego skrzydła polskiego trwała nadal zacięta walka kawalerii. Drugie natarcie rosyjskie zakończyło się również niepowodzeniem.
Pomimo odparcia wszystkich ataków sytuacja dywizji polskiej stawała się coraz trudniejsza. Kościuszko dowiedział się, że ppłk. Grochowski pod naporem Rosjan zmuszony został do opuszczenia Husynnego i w ten sposób została przecięta jedna z dróg odwrotu. Trudno też było kontaktować się z księciem Poniatowskim. Realne stawało się okrążenie dywizji przez Rosjan. Kachowski wobec niepowodzenia manewru oskrzydlającego rozpoczął silne ataki czołowe, przy czym piechotę wsparły na skrzydłach oddziały jazdy. Żołnierze byli już bardzo zmęczeni, a szeregi po obu stronach przerzedzone. Ok. godz. 20.00 stojąca w drugiej linii brygada Biernackiego podczas jednego z silniejszych szturmów, nieatakowana uszła z pola walki wtedy, gdy była najbardziej potrzebna. Pozostałe oddziały Kościuszki nadal walczyły mężnie, lecz z coraz większym trudem odpierały ataki wroga. Przewaga liczebna wroga była wielka. Rosjanie zaczęli brać górę, po dotychczasowych niepowodzeniach ich główny nacisk skierował się teraz na centrum, a zwłaszcza na lewe skrzydło polskie. Przeprawili się przez bagna ciągnące się wzdłuż Bugu, opanowali kilka umocnień polskich i rozpoczęli natarcie na wieś Uchańkę od wschodu, zagrażając tyłom dywizji. Dalsze przeciąganie bitwy stawało się niemożliwe, nie było żadnej nadziei na pomoc księcia Józefa, a coraz bardziej realne stawało się okrążenie. Ok. godz. 21.00 Kościuszko wydał rozkaz odwrotu. Gdy zapadła noc, nie przerywając walki, oddziały dywizji zaczęły się wycofywać i ściągać działa. Wydostanie dział okazało się bardzo trudne, ponieważ wyginęły prawie wszystkie konie, pomocy wtedy udzielili żołnierze Karwickiego, którzy mieli konie i powrozy. Odwrót wojsk polskich odbywał się w zaplanowanym porządku. Oddziały, cofając się, prowadziły cały czas walkę nieustannym ogniem karabinowym i odpierając ataki na bagnety. Zatrzymywano się by ogniem dział powstrzymać napór jazdy rosyjskiej. Dopiero po wycofaniu się dywizji Kościuszki wojska Kachowskiego zajęły opuszczone pozycje polskie. Ciemności nocy ułatwiły wycofywanie się i utrudniły pościg. Dywizja Kościuszki ok. godz. 21.30 weszła w las i cofała się wzdłuż drogi Ladyniska - Dorohusk, potem przez Kazimierówkę i Rostokę, Kumów na Krasnystaw.
„Bitwa pod Dubienką była największą i najbardziej krwawą bitwą stoczoną podczas kampanii w 1792 r. w obronie Konstytucji 3 Maja i wolności Polski. Oddziały dywizji Kościuszki biły się niezwykle mężnie i zaciekle, powstrzymując w ciągu 5-godzinnej walki napór przeważających sił obu połączonych korpusów rosyjskich. Wytrwałość i męstwo polskiego żołnierza stwierdza nawet Kachowski, który w jednym z ustępów swojego raportu pisze, że nieprzyjaciel „stawił wielki opór”. Dywizja polska chociaż osłoniona umocnieniami poniosła znaczne straty. Wyniosły one 900 zabitych, rannych, zbiegłych i wziętych do niewoli, w tym 10 oficerów. Straty rosyjskie to ok. 2000 zabitych i rannych. Do niewoli dostało się 17 żołnierzy”. (Z. Sułek, Bitwa pod Dubienką 18 VII 1792).
Bitwa ta nie wywarła większego wpływu na dalszy przebieg kampanii 1792 r. Miała jednak doniosłe znaczenie. Bohaterski bój stoczony przez żołnierzy Kościuszki wzbudził od wielu lat uśpione uczucie miłości do ojczyzny i natchnęły wojsko oraz naród do wiary we własne siły. Niestety, ten wielki wysiłek nie uratował Polski, zawiedli oligarchowie, zawiódł sam król Stanisław August Poniatowski, przystępując do Targowicy i zgadzając się na dyktat carycy Katarzyny. Należy tu wspomnieć, że architekci Targowicy polscy hetmani - Branicki i Rzewuski brali też „udział” w Bitwie pod Dubienką, ale po stronie rosyjskiej. „Branicki dzień w dzień pił i ucztował, ale podczas bitwy według zeznań jeńców, dla bezpieczeństwa swego w tyle się trzymał” (Sułek. jw). Na miejscu stoczonej bitwy pod Uchańką usypano kopiec zwieńczony stylizowanym krzyżem „Virtuti Militari”. Jest on wyrazem wdzięczności i hołdu dla Tadeusza Kościuszki i jego żołnierzy, a także dla tych, którzy tam zginęli. W niektórych pobliskich miejscowościach wydarzenie to uhonorowano pamiątkową tablicą. (np. kościół w Horodle).