По Полибию, Антигон располагал следующими силами Эллинского союза: десять тысяч македонян в фаланге, три тысячи пельтастов, триста человек конницы, тысячу агриан, тысячу шестьсот иллирийцев, тысячу галатов, наёмников — три тысячи пехоты и триста — конницы; ахейцев было три тысячи пехоты и триста — конницы; мегалопольцев, вооружённых по-македонски — тысячу пехотинцев; беотийцев было две тысячи в пехоте и двести — в коннице; эпиротов — тысячу пехоты и пятьдесят конницы.

У Клеомена в войске было двадцать тысяч пехоты (из них две тысячи, вооружённых по македонскому образцу) и шестьсот пятьдесят кавалеристов.

Перед битвой Клеомен занял господствующие высоты Эву и Олимп над дорогой, ведущей к Спарте, оградив их рвом и валом. Позиции на правом крыле армии — на Олимпе — занял сам Клеомен со спартанцами и наёмниками. На Эве были выстроены периэки и союзники во главе с Эвклидом — братом и соправителем Клеомена. Против войск, занимавших Эву, Антигон выставил македонян и иллирийцев. Против немногочисленной спартанской конницы Антигон выдвинул свою конницу, а также ахейцев и мегалопольцев. Против позиций Клеомена на Олимпе Антигон встал сам во главе с наёмниками впереди и македонянами, выстроенными двойной фалангой, позади.

Сражение начали легковооружённые отряды Эвклида, атаковавшие с тыла ахейцев и войска, двинувшиеся на приступ Эвы. Положение спас военачальник мегалопольской конницы Филопемен, отбивший атаку наёмников Эвклида и дав возможность иллирийцам и македонянам беспрепятственно ударить на войска Эвклида. Эвклид не решился ударить всеми силами на врага, не воспользовавшись благоприятной возможностью и замешательством противника, его войско было оттеснено с холма на обрывистые склоны и обращено в бегство, сам Эвклид пал в бою.

На равнине с обеих сторон в битву вступили конница, легковооружённые воины и наёмники. Когда спартанская конница на равнине тоже потерпела поражение и начала отступление, а фланг Эвклида уже побежал, опасавшийся окружения Клеомен отозвал легковооружённых в тыл и вывел свои основные силы на равнину, где сошлись в бою македонская и спартанская фаланги. Бой был весьма упорным, причём то македоняне теснили спартанцев, то спартанцы македонян. Исход боя решили выучка и натиск двойной фаланги македонян, опрокинувших спартанцев и выбивших их из укреплений.

Всё войско спартанцев обратилось в бегство. Их потери были огромными: пало более 16 тыс. воинов — почти все спартиаты (из шести тысяч их осталось в живых не более двухсот) и очень много наёмников.

Клеомен бежал в Гитий и отплыл в Александрию Египетскую. О дальнейшем сопротивлении не могло быть и речи. Антигон занял Спарту без боя, но обошёлся с ней великодушно, не допустив грабежей и насилия. Было восстановлено исконное государственное устройство Спарты, сама Спарта была присоединена ко вновь созданному Эллинскому союзу. Народное движение на Пелопоннесе было подавлено. Спарта, однако, так и не примкнула к Ахейскому союзу, оставшись враждебной ему и вскоре выступив против него в Союзнической войне (220—217 г. до н. э.).