前52年夏双方的骑兵发生了多次战斗，凯撒军得以不断击败敌军，分散高卢军。

韦森盖托里克斯决定此时正面对击罗马军队的时间还不成熟，因此他在阿莱西亚重组他的军队。

九月末科米乌斯指挥的高卢人攻击凯撒的外围墙，同时韦森盖托里克斯下令攻击内围墙，但是日落时这两次个进攻都被击退。

次日高卢人夜袭。他们攻入了数段凯撒的围墙，但是马克·安东尼和盖尤斯·特拨纽斯率领的骑兵迅速反应击退了高卢人。

与此同时韦森盖托里克斯下令进攻内围墙，但是因为他的人必须先填沟因此他的进攻未能与攻击外围墙的进攻同时进行，而且罗马人这次有了准备。

但是此时罗马士兵的情况也相当糟糕。他们自己被包围，粮食殆尽，已经开始定量，而且几乎所有的人都已经精疲力尽。

次日，10月2日，韦森盖托里克斯的一个表兄弟维卡西维尔老努斯（Vercassivellaunos）带领六万人进行总攻，他们尤其针对围墙的弱点。

凯撒企图隐藏这个弱点，但是它还是被高卢人发现了。这个地方由于自然条件因此无法建造一座完整的墙。

与此同时韦森盖托里克斯的人则从各个方向向内围墙冲击。凯撒信任他的人的纪律和勇气，下令不准后退。

他本人在前线不断鼓励他的士兵。拉比努斯的骑兵增援围墙被突破的地方。

但是罗马人的状况越来越急迫。凯撒因此决定对进攻内围墙的人进行反攻，来击退韦森盖托里克斯的人。

就在拉比努斯的防线即将崩溃的时候凯撒决定采取绝望措施，他带领13个骑兵队（约六千人）从后方进攻增援的六万人。

这个行动出乎进攻者和守卫者的意料。拉比努斯的人看到自己的指挥官身先士卒，冒险冲锋立刻士气大作，而高卢人则仓皇退逃。

在古代作战中一个阵营溃逃立刻就一发而不可收，成为罗马追击者的牺牲品。

凯撒自己在他的《高卢战记》中说只是因为他的士兵精疲力竭了，所以才使得高卢人没有全军覆没。

韦森盖托里克斯认识到他的增援部队被击退，决定投降。第二天他向凯撒交出了他的武器，结束了阿莱西亚之战。

历史争议关于阿莱西亚之战的地点长年来一直有争议。其中有两座城市的可能性最大：其一是弗朗什孔泰的Alaise，另一是科多尔省的阿利兹-圣-莱纳。

拿破仑三世支持后者的说法。1860年代里他出钱进行考古发掘，出土的文物似乎说明当地曾经有过一座罗马兵营。

他在发现的历史遗址上建造了一座韦森盖托里克斯像。虽然如此争论始终未绝，始终有人怀疑阿利兹-圣-莱纳的确是战役地点。

比如有人说当地的地形不符合凯撒的描写。此外这个地方太小了，不可能容纳八万人的高卢步兵，而且还要加上骑兵和其他人员。

另一理论则认为战役爆发在侏罗山山口的Chaux-des-Crotenay。

在当地的初步研究发现了一座与凯撒的描写相符的结构复杂的罗马要塞。

但是要证明这里的确是阿莱西亚之战的地点还需要进一步的研究。在《阿斯泰利克斯历险记》的一集中作者幽默地处理阿莱西亚之战地点的不明之处。

阿斯泰利克斯和奥贝利克斯一起碰到参加过这场战役的亲戚，这些亲戚都愿意谈日尔戈维亚之战中韦森盖托里克斯的胜利，但是不肯对阿莱西亚之战发表任何一件并说没有人知道它是在什么地方发生的。

关于作战双方兵力和伤亡数据的具体数字也不清楚。由于这些数字是非常强有力的宣传工具，因此它们始终要被怀疑。

凯撒在他的《高卢战记》中称高卢的援军有25万人，这可能是一个夸大来夸张他的胜利。

不幸的是唯一的当时纪录是罗马人写的，因此这些数据可能均不准确。

现代历史学家一般估计其人数在八万到十万间。唯一可信的事实是凯撒军团中每人获得了一名高卢俘虏作为奴隶，这说明至少有四万人被俘，其中大多数是被围攻的要塞内的人。

援军可能蒙受了巨大的损失。一般在丧失阵容溃败被罗马骑兵追击的军队均蒙受巨大损失。