Wiedeń w 1683 roku był miastem o silnych fortyfikacjach. Dowódcą wojskowym został generał Ernst Starhemberg. Obrona miała do dyspozycji 11 tysięcy żołnierzy, prawie 5 tysięcy straży miejskiej oraz mocną artylerię.
Turcy natychmiast rozpoczęli roboty ziemne i minerskie od południowego zachodu. Za najbardziej dogodne miejsce do złamania obrony uznali okolice bastionów Löbl i Zamkowy. Najbardziej zacięte walki toczyły się o zdobycie osłaniającego je rawelinu. Doświadczeni tureccy minerzy kopali podziemne tunele w celu zakładania min, obrońcy próbowali je unieszkodliwiać, organizując wycieczki.
Mimo odpierania dwumiesięcznych nieustannych szturmów 3 września Turcy zdobyli rawelin. Następnie zdobyli przyczółki w obu bastionach. Szykowali się do zdobycia murów pomiędzy nimi i zajęcia miasta. Załoga Wiednia, dowodzona przez hrabiego Starhemberga, broniła się przez cały lipiec i sierpień. Po dwóch miesiącach oblężenia liczebność obrońców spadła z początkowych 18 tysięcy do niespełna 5 tys. żołnierzy.
W dniach 4-9 września Turcy znaleźli się w odległości strzału z rusznicy od cesarskiego zamku. Wiadomość o nadejściu posiłków z Polski podtrzymała morale obrońców.
Jan II Sobieski zabrał z Krakowa ok. 27 tys. wojsk koronnych, w tym 25 chorągwi husarii, i 29 lipca, nie czekając na spóźniających się Litwinów, pomaszerował śpiesznie na odsiecz Wiedniowi. Trasa marszu prowadziła przez Śląsk, Morawy i Czechy. W pochodzie towarzyszył królowi najstarszy syn, Jakub.
3 września wojska sprzymierzone spotkały się w Tulln nad Dunajem. Tam Jan III Sobieski przejął komendę nad całością wojsk austriackich, niemieckich i polskich, liczących łącznie blisko 70 tysięcy żołnierzy (w tym 31 tysięcy jazdy). Przyjęty też został jego plan operacyjny. Koncentracja wszystkich wojsk nastąpiła na prawym brzegu Dunaju, na równinach pod Tulln, 40 kilometrów na północny zachód od Wiednia, po przeprawieniu wojsk 6-8 września przez rzekę. Po czym wojska austriacko-niemieckie otrzymały rozkaz nacierania na Turków poprzez pagórkowaty teren wzdłuż prawego brzegu Dunaju. Ich głównym zadaniem było angażowanie jak największych sił przeciwnika i spychanie go wprost w kierunku broniącego się w oblężeniu Wiednia. Natomiast całość polskich wojsk koronnych, w tym 14 tys. jazdy, Sobieski poprowadził skrycie, korzystając z miejscowych przewodników węgierskich, okrężną drogą przez bezdroża Lasu Wiedeńskiego. Ta przeprawa wielkiej masy ludzi i koni, objuczonych rozebranymi 26 armatami, przez leśne gęstwiny wzgórz podwiedeńskich trwała dwa dni.
Bitwa rozpoczęła się rankiem 12 września, ale rozstrzygające natarcie jazdy miało miejsce późnym popołudniem. Kara Mustafa, będąc pewnym wartości swoich wojsk, nie poczynił większych przygotowań do obrony. Obóz turecki nie został wystarczająco umocniony. Zabezpieczono jedynie odcinek między wioskami Nussdorf a Schafberg. Na północ od Wienhaus wzniesiono kilka szańców zwanych przez wiedeńczyków Türkenschanz. Niemcy i Austriacy atakowali na lewym skrzydle na łagodnych stokach wzgórz między Kahlenbergiem i Leopoldsbergiem, w bezpośrednim sąsiedztwie Dunaju. Polacy przedzierali się dalej, przez bezdroża Lasu Wiedeńskiego. Turcy nie skupili tam większych sił, gdyż z tej strony nie spodziewali się ataku.
Na skraj Lasu Wiedeńskiego wojska Sobieskiego wyszły dopiero w godzinach popołudniowych. Znajdował się tam rozległy teren doliny rzeczki Wiedenki, opadający łagodnie w kierunku oblężonego Wiednia. Bliżej znajdowało się wielkie obozowisko i spiesznie formujące się oddziały tureckie. W winnicach porastających stoki, ukrywały się oddziały janczarów. Król kazał więc generałowi Kątskiemu wysunąć do przodu piechotę i artylerię celem oczyszczenia terenu. Po kilkugodzinnej walce piechurzy Zbrożka wyparli wojska tureckie i otwarli drogę kawalerii.
Kolejną decyzją Sobieskiego było wysłanie chorągwi husarskiej porucznika Zbierzchowskiego na rozpoznanie terenu, czy nie kryje rowów, wilczych dołów, aproszy itp. Chorągiew przebiegła cwałem między stanowiskami tureckimi, prowadząc do ich dezorganizacji, ale i ponosząc duże straty. Rozpoznanie potwierdziło dane wywiadowcze, że szarża jazdy z tej strony jest możliwa.
O godzinie 18 Sobieski dał znak do rozpoczęcia generalnego szturmu. Do szarży ruszyła husaria hetmanów Stanisława Jabłonowskiego, Mikołaja Sieniawskiego, a także pułki dowodzone bezpośrednio przez króla; szarżowała również kawaleria austriacka i niemiecka. Zdaniem niektórych historyków brało w niej udział ponad 20 000 jeźdźców. Osmanowie nie wytrzymali impetu szarży. Pierwsi w rozsypkę poszli Tatarzy, potem spahisi, wreszcie piechota janczarska dotąd oblegająca Wiedeń, ściągnięta dla ratowania frontu. W końcu do ucieczki rzucił się także wezyr ze świtą.
Po zdobyciu obozu Sobieski zatrzymał swe wojska, gdyż cel, jakim było oswobodzenie Wiednia, został zapewniony. Bitwa trwała około 12 godzin, z tego przez 11,5 godziny odbywał się ostrzał artyleryjski przygotowujący atak. Szarża Sobieskiego zakończyła się w ciągu pół godziny.