在战役发起前，远征军司令周承辅在战壕中对官兵们训话：“咱们从湘西来，跨了万里路，不是来给洋人当摆设的！今天这一仗，要让全世界看看，中国人打仗，不比任何国家差！我们中国人再也不是别人眼中的东亚病夫”
战斗的爆发，以一场“出其不意”的突袭拉开序幕。为掩盖进攻意图，协约国采取了严格的保密措施：所有坦克与火炮在夜间机动，白天用帆布伪装成“粮车”；飞机持续对德军阵地进行侦察与轰炸，掩盖部队调动的声响；甚至故意在其他战线发动小规模进攻，迷惑德军判断。
而德军由于前期“皇帝攻势”的消耗，兵力与士气己显疲态，对协约国的大规模进攻毫无防备——鲁登道夫在战后回忆，首到战役发起前一天，德军情报部门仍判断“协约国短期内无大规模进攻计划”。
1918年8月8日清晨4时20分，天色未亮，亚眠战场突然响起震耳欲聋的炮声——协约国2000门火炮同时开火，对德军前沿阵地进行地毯式轰炸。
与以往不同的是，这次轰炸采用了“徐进弹幕”战术：火炮按照预定时间逐次向前延伸火力，为后续冲锋的步兵与坦克扫清障碍。30分钟后，轰炸停止，400多辆ark v坦克轰鸣着冲出掩体，如同钢铁巨兽般扑向德军防线。 ark v坦克是当时最先进的装甲武器，全重28吨，配备2门6磅炮与4挺机枪（“雄性坦克”），或仅配备6挺机枪（“雌性坦克”），最大时速8公里，能轻松越过铁丝网与战壕。
德军士兵面对这种“从未见过的武器”，陷入了极度的恐慌——他们的步枪与机枪子弹无法击穿坦克装甲，手榴弹也只能对坦克造成轻微损伤。部分德军阵地的士兵甚至放弃抵抗，纷纷向后撤退。
在协约国主力进攻的同时，湘西远征军第1师（师长傅良佐，北洋武备学堂出身，曾留学日本）与第2师（师长曾继梧，日本士官学校炮兵科毕业，参加过武昌起义）承担了左翼助攻任务，目标是夺取德军前沿的“红丘”与“松林”两个据点。
远征军将所有炮兵集中起来，由远征军炮兵旅旅长方鼎英指挥，配备18磅野战炮 。方鼎英是新化人，于1909年入日本陆军士官学校炮兵科，归国后在保定军官学校第一期任炮兵教官，武昌起义后参加汉阳作战，后在岳州镇守府司令部任参谋等职，后被周承业邀请加入湘西革命军。担任远征军副参谋长，远征军后来到了英国肯特郡训练时，3个炮兵团被编为炮兵旅，方鼎英兼任旅长。
方鼎英命令对“红丘”进行了20分钟的炮火覆盖，随后第1师第2团团长汪之斌带领本团发起冲锋。汪之斌身先士卒，带着士兵们跨过战壕，用刺刀与德军展开近战——尽管德军依托碉堡进行抵抗，但湘西士兵凭借“不怕死”的劲头，最终在上午9时攻占了“红丘”。
与此同时，第2师在师长曾继梧的指挥下，一个团向“松林”据点发起进攻。曾继梧是新化人，1906 年在日本士官学校炮兵科学习，1908 年学成归国，武昌起义后任起义军炮队团统带，参加黄兴指挥的汉阳保卫战；民国成立后，曾任陆军第三师师长等职，因被江浙派打压辞职，后被周承业邀请回湘西革命军任职。
“松林”据点因西周布满松树而得名，德军在此部署了2挺重机枪与1个步兵连。曾继梧利用坦克（协约国配属给远征军的12辆“雌性坦克”）在前开路，步兵跟进的战术，逐步压缩德军的防御空间。德军重机枪虽然对步兵造成了一定伤亡，但坦克很快摧毁了德军的机枪碉堡。
到上午11时，“松林”据点被攻克，湘西远征军完成了左翼助攻任务，为协约国主力的推进扫清了侧翼威胁。。德军参谋总长鲁登道夫在得知战况后，痛心疾首地将这一天称为“德军最黑暗的一天”，他在给德皇威廉二世的报告中写道：“协约国的坦克集群突破了我们的防线，士兵们陷入混乱，防线出现了不可修复的缺口。”
8月9日清晨，德军开始组织反扑。鲁登道夫紧急从后方调遣2个装甲营（配备a7v坦克）与3个步兵师，试图夺回丢失的阵地，封堵防线缺口。
在亚眠左翼的“河谷”地区，德军装甲营与湘西远征军第3师遭遇。第3师师长田义卿是永绥县（后来的花垣县）人，父亲是清末下级武官，从小学习功夫，性格豪爽忠义，少年被周绪瑞看重，陪同周承辅一起去云南讲武堂学习；后来在军队中表现出色。担任赴欧洲远征军第3师师长。
爆发了这场战役中最激烈的“坦克对决”。 德军a7v坦克是当时德国唯一量产的重型坦克，全重33吨，配备1门57毫米炮与6挺机枪，火力强于协约国的ark v坦克，但机动性较差。
当德军5辆a7v坦克向湘西远征军的阵地冲来时，田义卿立即命令炮兵将13磅速射炮调整炮口，对准德军坦克。经过之前的血战教训，远征军己经总结了炮兵“集火射击”战术，集中4门速射炮攻击一辆坦克；离近了，就只能用人命拿集束手榴弹去炸坦克。
第一辆a7v坦克很快被击中履带，瘫痪在原地，车内德军士兵试图突围，被湘西士兵用机枪扫射歼灭。随后，方鼎英指挥炮兵继续攻击，又摧毁了2辆德军坦克。剩余的2辆a7v坦克见势不妙，掉头撤退。这场“坦克对决”的胜利，不仅守住了湘西远征军的阵地，更极大地鼓舞了士气——士兵们意识到，即使面对德军的装甲武器，只要战术得当，依然能够战胜。
在接下来的8月10日，德军又发起了多次反扑，但都被协约国军队与湘西远征军击退。湘西远征军第3师第1团团长舒安卿在“高地”阵地的防御战中，带领士兵与德军展开白刃战。舒安卿自幼习武，接连刺刀刺倒3名德军士兵，士兵们见状后军心大振，纷纷冲锋将德军赶出了阵地。
战后，舒安卿的刺刀上沾满了鲜血，他对士兵们说：“洋人也没那么可怕，咋们只要敢拼，就没有守不住的阵地！我们有这么好的武器，不能像满清政府当初那样窝囊”
这两天的战斗中，湘西远征军虽然伤亡近2000人，但成功守住了左翼防线，为协约国主力的继续推进提供了保障。英国第4集团军指挥官罗林森将军在给黑格元帅的报告中，特意提到了湘西远征军：“中国军队在左翼的坚守至关重要，他们顶住了德军的反扑，展现出了卓越的战斗意志。
到了8月11日，德军的抵抗己明显减弱。经过三天的战斗，德军伤亡超过5万人，兵力与弹药消耗殆尽，而协约国的援军，美国军队正源源不断地投入战场。鲁登道夫意识到，继续坚守亚眠己无意义，反而可能导致更多部队被围歼，于是在8月11日晚下令：德军全线撤退至亚眠以西的“兴登堡防线”。
8月12日清晨，协约国军队发现德军己撤离阵地，随即发起追击。湘西远征军骑兵团在团长刘建藩带领下，向德军撤退的方向追击。
刘建藩是醴陵人，他先就读于湖北武备普通堂，后考入保定军官学校骑兵科，1912 年 4 月任桂军第八师骑兵团团长，他作为湖南人在桂军被本地人排挤，于1914年被周承业邀请加入湘西革命军；刘建藩在湘西赴欧洲远征军成立后，他担任骑兵团团长。
刘建藩带领骑兵营疾驰30公里，终于追上了德军的后卫部队。德军后卫部队约有1个步兵连，试图依托房屋进行抵抗。刘建藩命令骑兵下马作战，分成两队从两侧迂回，同时用机枪压制德军火力。经过1小时的战斗，湘西骑兵营歼灭德军50余人，俘获30余人，缴获步枪40余支，自身仅伤亡30余人。
当天下午，协约国军队推进至亚眠城郊，德军己全部撤退至“兴登堡防线”。至此，亚眠战役正式结束。。
在亚眠战役中，湘西远征军虽然不是主力部队，但其发挥的作用却至关重要。的军队，以“辅助进攻+左翼防御”的双重任务，为战役的胜利做出了独特贡献，也让协约国对中国军队的看法发生了根本性转变。
战役结束后，黑格元帅在给英国陆军部的报告中，明确将湘西远征军升格为“协约国正式作战部队”，并称赞其“纪律严明、作战顽强，是协约国阵营中可靠的作战力量”。这一转变，不仅提升了湘西远征军在欧洲战场的地位，更让中国（尽管是地方政府）在协约国阵营中获得了更多的话语权。 对湘西周家而言，亚眠战役的胜利更是“借战图强”计划的关键一步。
英国陆军部在战后立即同意，湘西远征军可以参与后续对德反攻，并承诺在战争结束后，允许湘西方面在德国收缴轻武器、轻型火炮与轻型军舰，同时为湘西留学生提供更多的军校名额。